ОСНОВЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ НАУКИ

БИОСФЕРА КАК СПЕЦИФИЧЕСКАЯ ГЕОСФЕРА

В.И. Вернадский утверждал, что биосфера представляет собой одну из геологических оболочек земного шара, глобальную систему Земли, в которой геохимические и энергетические превращения определяются суммарной активностью всех живых организмов — живого вещества. «Человечество как живое вещество непрерывно связано с материально-энергетическими процессами определенной геологической оболочки Земли — с ее биосферой. Оно не может физически быть от нее независимым ни на одну минуту» (В. И. Вернадский, 1944).

Биосфера — «область жизни», пространство на земном шаре, в котором распространены живые существа. Этот термин ввел в 1875 г. Э. Зюсс, хотя отмечены и более ранние использования этого понятия, например в работах Ж.-Б. Ламарка.

Границы биосферы определяются в атмосфере примерно на высоте 15—20 км, т. е. на границах озонового слоя, выше известные нам формы живых организмов без специальных средств защиты существовать не могут. Граница жизни в гидросфере ограничивается глубиной чуть более 11 км (глубиной самой глубоководной впадины в океане — Марианской). В литосфере следы жизни обнаружены на глубине чуть более 100 м, хотя трещины, пустоты и каверны, в которых могут существовать живые организмы, залегают и глубже, но нижняя граница в целом обусловлена термодинамическими условиями земной коры. Однако следует сказать, что человек при своей хозяйственной деятельности прошел весьма глубокие шахты (более 1000 м) и пробурил скважины, например «Кольскую сверхглубокую», более чем на 12 км. Это позволяет живым организмам распространиться и на указанные глубины.

В целом же биосфера занимает даже при самых максимальных значениях распространения слой примерно 30 км, что в сравнении с размерами земного шара величина весьма скромная (рис. 36).

Географическая оболочка Земли (или природная среда) — это область сложного взаимопроникновения атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы, сложного взаимодействия, проявляющихся в них земных и космических сил. Она продолжает развиваться и усложняться в результате совместного действия живой и неживой природы.

Верхняя граница природной среды соответствует тропопаузе — переходному слою между тропосферой и стратосферой. На разных широтах Земли она различна: на экваторе до 18 км, над полюсами до 10 км. На этих высотах процессы взаимодействия геосфер затухают и жизнь становится невозможной.

В гидросфере нижняя граница находится на глубине около ] 1 км, а в подстилающей ее и находящейся на суше литосфере на глубине примерно в 5 км, где также процессы взаимодействия всех геосфер не обнаруживаются (рис. 37).

Географическая оболочка Земли представляет собой целостную материальную систему, определяющуюся непрерывным на протяжении существования планеты и жизни на ней взаимодействием и взаимозависимостью твердых, жидких, газообразных и «живых» веществ. Все составляющие географической оболочки взаимодействуют, используя солнечную энергию, поступающую на Землю, и энергию внутренних слоев Земли. Все компоненты природной среды настолько взаимосвязаны, что изменение одного из них неминуемо влечет изменение других (рис. 38). Большинство процессов в географической оболочке носит круговоротный характер.

Изменения в природной среде происходят непрерывно с определенной ритмичностью; выделяют суточные, связанные с вращением Земли вокруг своей оси; годовые — с движением Земли по орбите вокруг Солнца и многолетние, которые во многом обусловлены активностью Солнца и внутренними (эндогенными) процессами в недрах Земли. Суточные и годовые ритмы оказывают влияние на жизнедеятельность организмов, аналогичное влияние оказывают ритмы, связанные, например, с фазами Луны и т. п. В целом географическая оболочка развивается поступательно, от простого к сложному, от низшего к высшему.

Важнейшая структурная особенность географической оболочки (природной среды) — это ее зональность. Закон зональности был впервые обоснован В.В. Докучаевым. Самые крупные подразделения в природной среде — географические пояса: экваториальный, субэкваториальные (северный и южный), умеренные (северный и южный), субполярные (субарктический и субантарктический), полярные (арктический и антарктический). Пояса не имеют правильной

  • 26 -
  • 24 -

Озоновый экран

  • (максимальная концентрация озона)
  • • ••••?••••••••••а
  • 22 -
  • 20 -
  • 20 4-

г. Джомолунгма 8,882 ?

8 -

Тропосфера

Средняя высота суши Уровень Мирового океана

Эвфотическая зона

Дисфотическая зона

Вероятная нижняя глубина проникновения микроорганизмов ' ~на~дне~6кёана~ ~

200 300 400 500 570

Площадь, млн км

Рис. 36. Вертикальная размерность биосферы и гипсографическая кривая Земли

  • -10 ^
  • -11,022 Марианский 0 желоб

Стратосфера

(озоносфера)

Нижняя граница стратосферы

Верхняя граница проникновения животных Верхняя граница распространения цветковь/х

Верхняя граница обитания человека Верхняя граница леса

Средний уровень поверхности 'земной коры Средняя_глубина океана

0,25

Границы биосферы

Рис. 37. Границы биосферы

кольцевой формы: они имеют сложную форму в зависимости от конфигурации материков, морских течений, горных систем и т. п. В целом же выделение географических поясов проводится по балансу солнечной радиации и характеру общей циркуляции атмосферы. Мощность географических поясов прослеживается в океанах до глубин 2000 м (рис. 39).

Распространение организмов в биосфере

Рис. 38. Распространение организмов в биосфере:

I — уровень озонового слоя; 2 — граница слоев; 3 — почва; 4 — пещерные животные;

5 — бактерии в нефтяных залежах

Значительное влияние на географическую зональность оказывают земные океаны, которые на материках образуют долготные секторы (в поясах умеренных, субтропических и тропических), приокеанические и континентальные.

На континентах в их равнинной части внутри географических поясов выделяют природные зоны. Например, в пределах Восточноевропейской равнины — это зоны лесов, лесостепей, степей, полупустынь, пустынь.

Природными зонами называют подразделения земной поверхности, характеризующиеся сходными почвенно-растительными и кли-

7

Основныебиомы Земли

Рис. 39. Основныебиомы Земли:

дождевые тропические леса; 2— хвои мыс леса; 3— степи; 4 — саванны; 5— пустыни; б—тундры; 7

Снежная

вершина

Широта

Рис. 40. Изменение растительности в зависимости от широты и высоты местности

матическими условиями. Основной фактор формирования почвенно-растительного покрова — соотношение температур и увлажнения (рис. 40). В вертикальном направлении природные компоненты изменяются несколько в ином виде, чем в горизонтальном. При подъеме в горы изменяются световой режим и количество атмосферных осадков. Важное значение имеет ориентация горных склонов — экспозиция в отношении падения на них солнечных лучей. Практически каждая горная система имеет свои особенности в отношении зональности.

Высотная зональность рассматривается снизу вверх, начиная с подошвы и вплоть до вершины. Важнейшим фактором в распределении высоты поясов является степень увлажнения.

Некоторые особенности жизнедеятельности организмов

Все живые организмы на Земле обладают рядом признаков и свойств, которые отличают их от тел неживой природы. К их числу относят:

  • • высокоулорядоченное строение в виде определенной схемы — клеточная или неклеточная; в химическом отношении слагающие живые организмы вещества имеют высокий уровень организации;
  • • обмен веществ и энергии — сложноорганизованная совокупность процессов дыхания, питания, выделения; эти процессы постав-

ляюг в организмы все необходимые для жизнедеятельности вещества и энергию, преобразуют их, накапливают («строят организм») и выводят из него отходы жизнедеятельности;

  • • раздражимость — способность организмов на ответную реакцию в отношении воздействий среды обитания; раздражимость является основной адаптацией;
  • • развитие, в том числе рост (увеличение объема или размеров); живые организмы развиваются за счет поступления пищи;
  • • размножение — это способность к самовоспроизведению, являющаяся одним из постулатов эволюции живых организмов; размножение связано с возможностью передачи наследственной информации; многие специалисты считают, что способность к размножению является самым характерным признаком живого. Жизнь любого организма ограничена во времени, но в результате размножения живая материя «бессмертна»;
  • • движение является одним из самых ярких признаков жизни; речь идет не столько о перемещениях организмов или их частей, сколько о движении, которое происходит как внутри организма, так и на уровне клетки;
  • • саморегуляция осуществляется как на уровне всего организма, так и на уровне клетки. С помощью саморегуляции обеспечивается постоянство внутренней среды организма при непрерывно изменяющихся факторах внешней среды; внутри живого организма регулируются температура, давление, насыщенность газами, концентрация веществ и т. п. Благодаря деятельности живых организмов саморегуляция проявляется в биосфере в целом;
  • • наследственность — это способность передавать признаки и свойства организма из поколения в поколение в процессе размножения;
  • • изменчивость — это способность организма изменять свои признаки под воздействием факторов внешней среды.

Одним из результатов проявления наследственности и изменчивости является способность живых организмов к эволюции, которая выражается в их адаптациях (приспосабливаемости) к изменяющимся факторам среды, что позволяет выживать наиболее приспособленным организмам и давать полноценное потомство.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >