Характеристика и состав биосферы

         Грибы - совокупность гетеротрофных организмов, отличающихся от животных тем, что они  ведут прикреплённый образ жизни  и имеют неограниченный рост. Раньше грибы включались в царство растений. Грибы различают по размерам - от микроскопических(дрожжевых) до гигантских дождевиков с весом плодового  тела в 50 кг- и разделяют на несколько  функциональных групп:

         Сапротрофы- редуценты, разрушающие мёртвое  органическое вещество.

         Симбиотрофы- входят в симбиоз с корнями  высших растений и формируют микоризу, что облегчает поглощение растениями питательных элементов из почвенного раствора.

         Паразиты - регулируют плотность популяции  растений и животных. Грибные болезни (головня, ржавчина и др.) наносят  ущерб сельскому хозяйству. 

         Кроме растений и животных, В.И.Вернадский включает сюда и человечество, влияние  которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных  живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает  на остальное живое вещество.

         Это воздействие сказывается, прежде всего, в создании многочисленных новых  видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо превращаются в дикие  породы. Поэтому Вернадский рассматривает  геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного  человечества как работу единого  целого.

         Постепенно  идея о тесной взаимосвязи между  живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и  их систем на окружающие их физические, химические и геологические факторы  все настойчивее проникала в  сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому  способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей  к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов  природы с позиций отдельных  научных дисциплин оказывается  неадекватным. Поэтому на рубеже ХIХ  – ХХ вв. в науку все шире проникают  идеи холистического, или целостного, подхода к изучению природы, которые  в наше время сформировались в  системный метод ее изучения. 

Основные  циклы веществ  в биосфере 

         Химические  элементы циркулируют в биосфере. Циклы веществ характеризуются  скоростью, замкнутостью и типом  запасного фонда. Газообразные формы  составляют подвижный, обменный фонд, а твёрдые и жидкие соединения с его участием- консервативный, резервный фонд, очень медленно вовлекаемый  в круговорот.

         Важнейшие циклы биосферы:

         1. Круговорот воды в биосфере  происходит по схеме: выпадение  атмосферных осадков, поверхностный  и внутрипочвенный сток в водоёмы,  испарение, перенос водяного пара, конденсация, повторное выпадение  осадков и т.д. Вода испаряется  не только поверхностью водоёмов  и почв, но и живыми организмами,  ткани которых на 70% состоят из  воды. Большое количество воды  испаряется растениями; они используют  воду как элемент питания, как  среду, в которой протекают  жизненные процессы, и как субстанцию, вместе с которой поступают  к ним из почвы питательные  вещества.

         До  развития цивилизации круговорот воды был равновесным. Однако вмешательство  человека существенно нарушило этот цикл, особенно в последние десятилетия. В частности, уменьшается испарение  воды лесами ввиду сокращения их площади  и, напротив, увеличивается испарение  с поверхности почвы при орошении сельскохозяйственных угодий. Испарение  с поверхности океана уменьшается  вследствие появления на воде тончайшей  плёнки нефти. Наконец, на круговорот воды воздействует парниковый эффект- потепление климата под влиянием повышения концентрации углекислого газа в атмосфере. При усилении этих тенденций могут произойти значительные изменения круговорота воды. Это уже проявляется в неравномерности распределения осадков по территории планеты. В результате этого, в одних районах происходят небывалые по масштабам наводнения, а в других- жестокие засухи.

         2.Круговорот  кислорода в биосфере осуществляется  за счёт пополнения атмосферных  запасов кислорода в результате  фотосинтеза растений, его поглощения  при дыхании организмов, сжигание  топлива в промышленности и  на транспорте. В настоящее время  поддерживается равновесный круговорот  кислорода. Сохранение равновесного  круговорота кислорода является  одной из глобальных задач  охраны природы.

         3.Круговорот  углерода - один из самых важных  циклов в биосфере, так как  углерод составляет основу органических  соединений. Особенно велика в  круговороте роль углекислого  газа, который поступает в атмосферу  при дыхании организмов, сжигании  органического топлива, осушении  болот и дегумификации почв. В  то же время общее уменьшение  площади, занятой растительностью,  в результате строительства и  в особенности сведения лесов  уменьшает потребление углекислого  газа растениями. Итогом нарушения  круговорота углерода может быть  парниковый эффект.

         4. Круговорот азота - обмен между  инертным азотом атмосферы и  соединениями азота в почвах  и организмах. Круговорот азота  протекает по следующей схеме:  перевод инертного азота в  доступные для растений формы  (образование аммиака при грозовых  разрядах, производство азотных  удобрений на заводах), усвоение  азота растениями, переход части  азота растений в ткани животных, разложение отмерших растений  и трупов животных микроорганизмами - редуцентами вплоть до восстановления  молекулярного азота, который  возвращается в атмосферу. 

         В настоящее время биологическая  азотфиксация уменьшилась вследствие разрушения естественных экосистем  и сравнялась с промышленной фиксацией  азота. Происходит повсеместное уменьшение содержания органических соединений азота  в почве (разрушение гумуса), что  ведёт к снижению плодородия почв. Увеличение производства азотных удобрений  для компенсации уменьшения биологического азота ведёт к загрязнению  среды и расходованию большого количества энергии.

         Экология  ставит задачей восстановление естественного  цикла азота за счёт уменьшения производства азотных удобрений и расширения посевов бобовых, которые симбиотически  связаны с бактериями- азотфиксаторами.

         5.Круговорот  фосфора. В отличие от циклов  углерода и азота, которые являются  закрытыми, этот круговорот –  открытый, т.е.часть вещества постоянно  теряется. Фосфор содержится в  горных породах, откуда выщелачивается  в почву и усваивается растениями, а затем по пищевым цепям  переходит в тела животных. После  разрушения мёртвых животных  и растений редуцентами только  часть фосфора вовлекается в  круговорот и повторно используется  растениями. Остальной фосфор вымывается  из почвы в водоёмы – реки, озёра, моря, где оседает на  дно и либо совсем не возвращается  на сушу, либо в небольших количествах  возвращается с выловленной человеком  рыбой и с экскрементами птиц, питающихся рыбой. 

         Отток фосфора с суши в океан усиливается  при сведении лесов, распашке почв и  внесении фосфорных удобрений. Поскольку  запасы фосфора на суше ограниченны, а его рециклинг из океана проблематичен, в перспективе земледелие ожидает  кризис фосфора, что вызовет снижение урожаев. Кроме того, фосфорные удобрения  содержат примесь тяжёлых металлов, и потому при их использовании  возможно загрязнение почв.

Функции биосферы (по Вернадскому  и основные биосферные законы по Реймерсу) 

         Главная функция биосферы заключается в  обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в  циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами. 

         Функции (от лат. Functio - исполнение, совершение)

         "Живые  организмы являются функцией  биосферы и теснейшим образом  материально и энергетически  с ней связаны, являются огромной  геологической силой, ее определяющей".

         Приведем  пять постулатов В.И.Вернадского, относящихся  к функции биосферы.

         Постулат  первый: "С самого начала биосферы жизнь, в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные  с жизнью ее биогеохимические функции  по разнообразию и сложности не могут  быть уделом какой-нибудь одной формы  жизни". Смысл сказанного однозначен: первобытная биосфера изначально была представлена богатым функциональным разнообразием.

         Постулат  второй: "Организмы проявляются  не единично, а в массовом эффекте... ". И далее: "Первое появление  жизни... должно было произойти не в  виде появления одного какого-нибудь вида организмов, а их совокупности, отвечающей геохимической функции  жизни. Должны были сразу появиться  биоценозы".

         Третий  постулат: "В общем монолите жизни, как бы не менялись его составные  части, их химические функции не могли  быть затронуты морфологическим  изменением". Смысл приведенных  постулатов таков: первичная биосфера была представлена "совокупностями" организмов типа биоценозов, которые  и были главной "действующей силой" геохимических преобразований, а  морфологические изменения компонентов  этих "совокупностей" не отражались на их "химических функциях".

         Постулат  четвертый: "Живые организмы... своим  дыханием, своим питанием, своим  метаболизмом... непрерывной сменой поколений... порождают одно из грандиознейших планетных явлений... миграцию химических элементов в биосфере", поэтому "на всем протяжении протекших миллионов  лет мы видим образование тех  же минералов, во все времена шли  те же циклы химических элементов, какие  мы видим и сейчас".

         И пятый постулат: "Все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими  одноклеточными организмами".

         Какие же именно "геохимические функции" имел в виду Вернадский? Он определил  их такими терминами: газовая, кислородная, окислительная, кальциевая, восстановительная, концентрационная, разрушение органических соединений, восстановительное разложение, метаболизм и дыхание. Функций этих было достаточно, чтобы "былая биосфера" сыграла свою определяющую роль в  становлении оболочек Земли - атмосферы, гидросферы, литосферы и геосферы. Современная наука о биосфере те же функции классифицирует по пяти категориям:

         энергетическая (накопление свободной энергии - связывание и запасание солнечной энергии);

         концентрационная (акапливание химических элементов  в телах живых организмов в  масштабах биосферы (формирование атмосферы, залежей органических и неорганических веществ);

         транспортная (закон биоигенной миграции атомов, биогеохимические круговороты);

         деструктивная (разложение органики и замыкание  круговоротов, выветривание √ разрушение земной коры, формирование почвы);

         средообразующая

         Естественно возникает вопрос, какой же механизм функционировал и продолжает обеспечивать способность биосферы выполнять? Деятельность живого вещества, живых организмов.

         Функции биосферы системный подход.

         Функция биологических систем - свойство направлять свою деятельность к достижению определенных полезных для них результатов  приспособительного значения.

         ФУНКЦИЯ БИОСФЕРЫ - выражается как специфика  направления развития жизни на Земле.

         Если  направление превращений вещества и энергии в НЕЖИВОЙ природе  характеризуется общим снижением  уровня организации и качества энергии, приближением к устойчивому равновесию, возрастанием термодинамической и  структурной энтропии, то в ЖИВОЙ  природе направление этих превращений  оказывается прямо противоположным. ЭТИМ И ОПРЕДЕЛИЛАСЬ ВЕДУЩАЯ РОЛЬ БИОСФЕРЫ НА ЗЕМЛЕ.

         Общее направление превращений биосферы в целом или ее ФУНКЦИЮ можно  определить как повышение уровня структурной организации, накопление свободной энергии устойчивого  неравновесия, появление и возрастание  НЕГЭНТРОПИИ, которые достигаются  за счет энергетических и материальных ресурсов неживой природы и реализуются  в синтезе первичной биомассы и эволюции ее форм. При этом разные подсистемы биосферы играют разную роль.