IX. Биосфера и ландшафты Земли: влияние деятельности человека

Поверхность земного шара во всем её многообразии была в прошлом и является сейчас предметом изучения многих естественных наук (геологии, физической географии, биологии, почвоведения и др.). В процессе развития этих наук по мере накопления знаний поверхность земного шара стали понимать как результат сложного взаимодействия четырёх составляющих её сфер: литосферы (твёрдой, каменной), атмосферы (воздушной), гидросферы (водной) и биосферы (живого вещества). В итоге появилось новое понятие - географическая оболочка Земли как наиболее обширное комплексное природное образование, состоящее из четырёх взаимопроникающих частных физико-географических оболочек.

Планете Земля свойственно оболочечное строение (оболочка - понятие трёхмерное, объёмное). Одна из оболочек - географическая - имеет ряд отличительных черт, указывающих на её более сложную структуру по срав­нению с другими. Отличительные особенности географической оболочки Земли: наличие в её составе вещества в трёх агрегатных состояниях (твёр­дом, жидком и газообразном), одновременное присутствие космических и земных источников энергии, наличие органической материи - жизни. Впервые на географическую оболочку Земли, состоящую из четырёх частей (оболочек, или сфер), указал русский естествоиспытатель П. И. Броунов. Он писал, что все эти сферы (литосфера, атмосфера, гидросфера и биосфера), проникая одна в другую, обусловливают своим взаимодействием наружный облик Земли. Изучение этих взаимодействий - одна из важнейших задач современных наук естественного профиля.

Главное свойство географической оболочки 3емли - постоянный об­мен веществом и энергией не только между нею и внешним миром - кос­мическим пространством, но и между основными частями самой оболочки: субстратом, воздухом, водой, биомассой. Этот обмен определяет постоянное развитие географической оболочки, а изменчивость её состава и строение делает всё более высокой и сложной организацию природных компонентов и их комплексов (комплекс в переводе с латинского - сплетение, то есть тесное соединение частей целого).

Географическая оболочка Земли обладает значительной мощностью, но относительно границ её существуют разные взгляды. Согласно наиболее распространенному мнению, верхняя граница её проходит в атмосфере по верхнему пределу распространения жизни на высоте примерно 25-30 км. До этого предела сказывается тепловое воздействие земной поверхности и атмосфера обогащена озоном (0 3). Озоновый слой перехватываетизбыток ультрафиолетовой радиации Солнца, предохраняя тем самым жизнь на земной поверхности.

В состав географической оболочки Земли входит вся толща океанических вод. Нижняя граница проникновения жизни на материках, видимо, проходит по нижнему пределу слоя земной коры, который находится в непрекращающемся взаимообмене веществом и энергией с гидросферой и атмосферой, что находит своё выражение в тектонических движениях, включая землетрясения и извержения вулканов. Общая мощность географической оболочки Земли, охваченной жизнью, составляет 35 - 40 км.

Характерная особенность географической оболочки Земли - неодно­родность, контрастность слагающих её частей - сфер. Слой непосредствен­ного взаимодействия между ними выделяется в особую ландшафтную сферу, которая служит местом трансформации солнечной энергии в различные виды земной энергии, средой, наиболее благоприятной для развития жизни. Мощность её составляет от нескольких десятков до 250 м над океанами и земной поверхностью (как над равнинами, так и над горами). В этих пределах формируются ландшафты на суше и в океанах в результате прямого соприкосновения и активного взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы. В ландшафтную сферу на суше входят современная кора выветривания 1 , почва, растительность, живые организмы и приземные слои воздуха. Иными словами, ландшафтная сфера - это совокупность природных комплексов на земной поверхности.

В ландшафтной сфере Земли, занимающей центральную часть геогра­фической оболочки, находится биологический фокус (по В. И. Вернадскому) - наиболее бурное проявление жизни на суше и в воде. Как часть географической оболочки, эта сфера имеет глобальный характер и является предметом изучения особой науки - ландшафтоведения. Ландшафтную сферу отличает от других геосфер нашей планеты исключительная сложность внешнего и внутреннего строения, существование и деятельность человеческого общества. Свойства геокомплексов, составляющих ландшафтную сферу, определяются процессами, протекающими как непосредственно в ландшафте, так и происходящими в недрах Земли и Мировом пространстве.

В научной и учебной литературе употребляют термины, являющиеся синонимами, или дополняющие друг друга, или имеющие совершенно различное содержание. Так, действительными синонимами термина "географическая оболочка" служат географическая сфера, ландшафтная обо­лочка, эпигеосфера. Встречаются работы, в которых ставится знак равенства между понятиями ландшафтная оболочка и географическая среда. Это неверно, так как географическая - ландшафтная - оболочка стала географической средой человеческого общества после его возникновения и то только на том пространстве, где это общество трудилось. Для древнего человека периода палеолита географической средой была лишь незначительная часть ландшафтной оболочки. Сейчас деятельность человека вышла за пределы географической оболочки (полеты космонавтов, глубокое бурение). Под географической средой понимается та часть земного природного окружения человека, которая в данный исторический момент наиболее связана с его производственной деятельностью.

Предисловие

На основе работ В.И. Вернадского используется определение биосферы как общепланетной оболочки, к составу которой относятся нижние слои атмосферы, гидросфера, и верхние слои литосферы. Ее состав и строение обусловлены современной и прошлой жизнедеятельностью всей совокупности живых организмов. Она вследствие взаимодействия ее живых и неживых компонентов, аккумуляции и перераспределения в ней огромного количества энергии является термодинамически открытой, самоорганизованной, саморегулирующейся, динамически уравновешенной, устойчивой, глобальной системой.

К понятию «биосфера» близко подошел французский биолог Ж.Б. Ламарк (1802). Но сам термин «биосфера» впервые применил австралийский геолог Е. Зусс (1875). Он же выделил биосферу как отдельную оболочку Земли, охваченную жизнью, которая включает части атмосферы, гидросферы и литосферы. Живые существа (растения, животные, микроорганизмы) существуют на поверхности Земли, в ее атмосфере, гидросфере и верхней части литосферы, в целом составляют пленку жизни (сферу) на нашей планете. Верхняя граница биосферы достигает 85 км над поверхностью Земли. На таких высотах (в стратосфере) во время запуска геофизических ракет в пробах воздуха определены споры микроорганизмов. Нижняя граница биосферы достигает глубин литосферы, где температура достигает 100 0 С (в молодых складчатых областях - это приблизительно 1,5 - 2 км и на кристаллических щитах - 7 - 8 км).

Верхняя граница биосферы, по В. И. Вернадскому, является лучевой, а нижняя - термической. Лучевая граница обусловлена наличием жесткого коротковолнового излучения, от которого жизнь на Земле защищена озоновым слоем, термическая - наличием высоких температур и находится на суше в среднем на глубине 3 - 3,5 км от земной поверхности. Таким образом, общая толщина этой земной оболочки должна была бы составлять несколько десятков километров.

1. Географическая оболочка - комплексная оболочка Земли, образованная вследствие взаимопроникновения и взаимодействия веществ отдельных геосфер - литосферы, гидросферы атмосферы и биосферы. Географическая оболочка является окружающей средой человеческого общества, и в свою очередь, подвергается значительному превращающему влиянию от него.

Географическая оболочка - наибольший природный комплекс, в развитии которого есть определенные закономерности:

o Целостность - все компоненты географической оболочки представляют собой единое целое, взаимодействуют между собой, а вещества и энергия пребывают в постоянном кругообороте;

o Ритмичность - периодическое повторение подобных природных явлений, которые длятся сутки (день и ночь), год (весна, лето, осень, зима) или миллионы лет (горообразование) и т. д.;

o Зональность - смена характера и свойств природных комплексов от экватора к полюсу, связана с неравномерным распределением солнечного тепла в зависимости от географической широты;

o Высотная поясность - смена рельефа, климата, воды, растительности в зависимости от абсолютной высоты местности, экспозиции склонов и протяженности горных стран относительно превосходящих воздушных масс.

Атмосферный воздух является одним из главных источников жизни на планете. Человек не может прожить без воздуха больше 5 минут. Потребность человека в воздухе зависит от его состояния, условий работы и лежит в пределах от 15 до 150 тис. Л в сутки.

Атмосфера является внешней газовой оболочкой Земли, достигающая от ее поверхности в космическое пространство приблизительно на 3000 км и делится на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, и экзосферу.

Она окружает землю и обращается вместе с ней под действием силы тяжести. В состав атмосферы входит азот - 78%, кислород - 21%, аргон, гелий, криптон и некоторые другие постоянные компоненты. Считается, что состав и свойства атмосферы на протяжении последних 50 млн. лет стабилизировалась. Среди меняющихся составляющих атмосферы - водяной пар, озон, углекислый газ, имеют большое значение для атмосферных процессов. Основная масса водяного пара сосредоточена в нижних слоях атмосферы (от 0,1 - 0,2 % в полярных широтах до 3 % - в экваториальных), с высотой его количество значительно уменьшается - на 90 % на высоте около 5 км. Содержание водяного пара в атмосфере определяется соотношением процессов испарения, конденсации и горизонтального переноса. Слой озона поглощает основную часть ультрафиолетового излучения Солнца, защищая жизнь на Земле. В этом заключается главное экологическое значение атмосферы.

Литосфера - внешняя твердая оболочка земли, включающая в себя всю земную кору с частью верхней мантии Земли, и состоит из осадочных, магматических и метаморфических пород.

Человек влияет больше всего на земную кору - тонкую верхнюю оболочку Земли, толщиной на континентах 40 - 80 км, под океанами - 5 - 10 км и составляет всего около 1 % массы Земли. Элементы литосферы - кислород, кремний, водород, алюминий, железо, магний, кальций, натрий - образуют 99,5 % земной коры.

Земная окра заселена живыми организмами только в верхних слоях почвы (педосфера) до глубины 5 м. Горные породы, из которых состоит литосфера, поддаются циклическим процессам, под действием экзогенных и эндогенных сил. Эндогенные силы действуют через выветривание, откладывают выветренный материал в более глубокие слои или переносят его в новые места залежей (седиментация).

Благодаря цементации или давлению отложения могут затвердевать (диагенез). 8 % отложений покрывают 75 % поверхности Земли. После длительного (с точки зрения геологии) времени осадочный покров, который становится уже очень толстым и очень тяжелым, может опуститься, и тогда он подлежит действию эндогенных сил. Они приводят к образованию складок, причем благодаря давлению и высоким температурам породы могут измениться, расплавиться и снова затвердеть.

Гидросфера - это водная сфера нашей планеты, совокупность океанов, морей, вод континентов, ледниковых покровов. Наша планета содержит около 16 млрд. куб. м. воды, что составляет 0,25 % ее массы. Основная часть этой воды (более 80 %) пребывает в глубинных зонах Земли - ее мантии. Подземная часть гидросферы охватывает грунтовые, подпочвенные, межпластовые, безнапорные и напорные воды, трещинные воды и воды карстовых полостей в легкорастворимых горных породах (известняк, гипс).

Для огромного количества живых организмов, особенно на разных этапах развития биосферы, вода была средой рождения и развития. Вода в биосфере находится в безостановочном движении, берет свое начало в геологическом и биологическом кругооборотах веществ. Вода является основой существования жизни на Земле. Без воды не может существовать человеческая цивилизация, потому что вода используется людьми не только для питья, а и для обеспечения санитарно - гигиенических и хозяйственно - бытовых нужд.

2.1. Биосфера (пространство, населенное живыми организмами) охватывает только тоненький пояс Земли, слой толщиной около 20 км. В земном пространстве глубина проникновения живых организмов (педосфера) зависит от климата, степени выветривания горных пород и т. д.

Из-за трудностей транспортировки воды вследствие действия гравитационного поля Земли растения редко поднимаются над землей выше 50 м. Самыми важными факторами, ограничивающими распространение живых организмов в атмосфере и гидросфере, является содержание кислорода и температуры условий.

В атмосфере из-за пассивного перенесения ветром пыльцы и спор бактерий органическая материя достигает высоты до 10 км.

В глубоководных впадинах анаэробные бактерии были найдены на глубине 10000 м.

С экологической стороны биосферу можно разделить на суббиосферы (Шуберт), причем атмосфера, как только временно обжитое пространство не будет учитываться:

Геобиосфера - обжитое пространство литосферы и педосферы (почва и др.);

Гидробиосфера - обжитое пространство гидросферы (моря, пресноводные озера, реки);

Антропобиосфера - пространство с человеческой доминантой (культурные ландшафты, города).

2.2 Образование живых веществ и их распад - это две стороны единого процесса, который называется биологическим кругооборотом химических элементов. Жизнь - кругооборот элементов между организмами и средой.

Причина кругооборота - ограниченность элементов, из которых состоит тело. Биологический кругооборот - это многоразовое участие химических элементов в процессах, происходящих в биосфере. В связи с этим биосферу определяют как область Земли, где происходят три основных процесса: кругооборот водорода, азота, серы, в которых принимают участие пять элементов (H, O 2 , C, N, S), движущиеся через атмосферу, гидросферу, литосферу. В природе кругооборот осуществляют не вещества, а химические элементы.

Кругооборот углерода. В биосфере углерода более 12000 млрд. тонн. Это объясняется тем, что соединения углерода постоянно возникают, меняются и распадаются. Кругооборот углерода происходит фактически между веществами и двуокисью углерода. В процессе фотосинтеза, осуществимого растениями, двуокисью углерода углекислый газ и вода с помощью энергии солнечного света превращаются в разные органические соединения. Полный цикл обмена атмосферного углерода происходит за 300 лет. Но часть углерода исключается в виде торфа, нефти, угля, мрамора и т.д.

Кругооборот кислорода. Ежегодно леса производят 55 млрд. тонн кислорода. Он используется живыми организмами для дыхания и принимает участие в окислительных реакциях в атмосфере, литосфере и гидросфере. Циркулируя через биосферу, кислород превращается то в органическое вещество, то в воду, то в молекулярный кислород. В наше время ежегодно на сгорание углерода, нефтепродуктов и газа тратится большое количество кислорода. Интенсивность этого процесса увеличивается с каждым годом.

Кругооборот азота, фосфора, серы. Деятельность человека ускоряет кругооборот этих элементов. Главная причина ускорения - использование фосфора в удобрениях, что приводит к эутрификации - надудобрения. При эутрификации происходит бурное размножение водорослей - «цветение» воды. Это приводит к уменьшению количества растворенного в воде кислорода. Продукты обмена водорослей уничтожают рыбу и другие организмы. Сформированные экосистемы при этом разрушаются. Индустрия и двигатели внутреннего сгорания выбрасывают в атмосферу ежегодно много нитратов и сульфатов. Попадая на землю вместе с дождем, они усваиваются растениями.

Кругооборот воды. Вода покрывает ѕ поверхности Земли. За одну минуту под действием солнечного тепла с поверхности водоемов Земли испаряется 1 млрд. тонн воды. После охлаждения пара образуются облака, возвращается на поверхность Земли в виде дождя и снега. Осадки частично проникают в почву. Грунтовые воды возвращаются на поверхность земли через корни растений, источники, насосы и т. д.

Скорость циркуляции воды очень высока: вода океанов восполняется за 2 млн. лет, грунтовые воды - за 1 год, речные - за 12 суток, пар в атмосфере - 10 суток.

Ежегодно для создания первичной продукции биосферы используют при фотосинтезе 1 % воды, которая попадает в виде осадков. Человек только для бытовых и промышленных потребностей используется 20 мм осадков - 2,5 % общей их количества за год. Бесповоротный ежегодный водосбор теперь составляет 55 куб. м. ежегодно он увеличивается на 4 - 5 %.

А с другой стороны, живые организмы приспосабливаются к разному химическому суставу среды, могут переносить большую концентрацию тех элементов, которые тут обычно находятся в большом количестве. Элементы, которые редко встречаются в природе и в маленькой концентрации, при накоплении становятся ядовитыми для живых организмов.

3. 3,5 млрд. лет назад в первичном океане Земли под влиянием ультрафиолетового и проникающего излучения, а также электрических грозовых разрядов началось образование первых органических соединений - «органического бульона» (А. И. Опарин). С увеличением концентрации этого раствора некоторые органические молекулы, соединяясь, стали образовывать коацерватные капли, изолированные от окружающей их среды и которые использовали вещества, входящие в его состав, для увеличения своего размера. Так возникли молекулы, способные к самовоспроизведению, что означало - зарождение Жизни.

Первые организмы питались окружающим их органическим раствором, но настало время, когда его запасы начали истощаться, а свободного кислорода практически не было, и первые организмы вынуждены были получать энергию благодаря процессу брожения. Но этот процесс малоэффективен и требовал большого количества пищи. Поэтому жизнь была обречена на голодную смерть. Единственная возможность превращения окончательного вещества в неокончательное - включить его в кругооборот. Вследствие природного отбора появились фотосинтезирующие организмы, которые не питались готовым органическим веществом, а создавали его сами, используя солнечный свет для превращения углекислого газа, минеральных солей и воды. Отходом такого способа питания стал кислород, который, во-первых, сделал возможным появление многоклеточных представителей животного мира, потребляющих энергию из готовых органических веществ путем их окисления, и, во-вторых, создал защиту от губящего для белковых соединений влияния ультрафиолетового излучения, поскольку некоторая часть свободного кислорода превратилась в озон, что является мощным его поглотителем.

Так был создан замкнутый круг взаимозависимых и взаимоприспособленных организмов и процессов, среди которых нет ни одного лишнего, поскольку каждый выполняет свою функцию: отходы жизнедеятельности одного является условием жизни другого.

Животные не могли бы питаться и дышать без помощи растений. Но и растения без животных очень быстро бы погибли, поскольку некому было бы перерабатывать созданную органику в воду, углекислый газ и минеральные соли, предотвращая загрязнение планеты вымершими остатками и восстанавливая запасы питательных веществ для новых поколений растений. Живые организмы также берут участие в общем круговороте веществ в природе и формировании планеты.

Итак, животные и растительные организмы своей деятельностью при жизни и биомассой после смерти миллиарды лет создавали и усовершенствовали условия, благоприятные для жизни, то есть биосферу, прежде чем, появился человек, который через несколько сотен тысяч лет стал разрушать ее своей неразумной деятельностью.

Вывод

Приблизительная масса биосферы составляет 3 10 24 г, а объем - 10 10 24 см 3 ,в том числе литосферы - 0,6 10 24 см 3 , гидросферы - 1,4 10 24 см 3 и тропосферы - 8 10 24 см 3 . Приблизительная масса биосферы составляет 0,05 % массы Земли,а объем - 0,4 % объема Земи, включая к последнему атмосферу толщиной 2000 км от уровня геоида. Масса живого вещества составляет всего (3...5) 10 -8 % массы Земли и около (0,7 - 1,0) 10 -8 % массы биосферы.

Интересные обобщения по поводу параметров биосферы приводит Ф. Я. Шипунов (1980). По его данным, наибольшая толщина биосферы находится на тропических широтах - 22 км, наименьшая - на полярных - 12 км.

Процессы, которые происходят в биосфере и в окружающей ее планетной среде, зарождается и поддерживается, с одной стороны, космическими, а с другой - земными факторами, связанными с особенностями Земли як планеты (напряжение гравитационноо и магнитного полей, особенности ее вещества, излучения и др.). взаимодействие этих двух факторов создает единое творение - систему Земли (Шипунов). Биосфера является структурной частью этой сложной планетной системы. И если ее живое вещество формирует для себя неблагоприятную среду обитания и развития - биосферу, то последняя перевоплощает свою планетную среду таким образом и в таких размерах, чтобы иметь максимальную устойчивость свое структурной организации. Поэтому биосферу нужно рассматривать как не только как область развития живого вещества на Земле, но и как область, которая трансформирует свое ближнее окружение в неотемлимую от нее экологическое планетное вещество.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Биосфера: загрязнение, деградация, охрана. - Толковый словарь. 2003 г.

Вернадский В. И. Биосфера - Л., 1972 г.

Корсак К. В., Плаховник О. В.Основы экологии. Научное пособие - К., 2002 г.

Основы экологии - под ред. Е. Н. Мешечко 2002 г.

Мякушко В. В., Вольвач Ф. В. Экология. - К., 2000 г.

Сытник К. М., Брайон А. В., Гордецкий А. В. Биосфера, экология, охрана природы. - К., 1987 г.

Дитер Гайнрих, Манфред Гергт. Экология - под ред. В. В. Серебрякова - 2001 г.

Билявский Т. Д., Падун М. М. Основы общей экологии. Учебник - К., 1996 г.

Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера 1989 г.

Биосфера и ее ресурсы - под ред. Н. Филлиповского 1982 г.

Биосфера. Эволюция, пространство, время. - под ред. Р. У. Симса 1988 г.

Биосфера — уникальная оболочка нашей планеты. Все предыдущие, рассмотренные нами, оболочки в той или иной степени существуют на других планетах , но только , по всей видимости, нет ни на одной из них, кроме Земли. Возможно, раз жизнь есть на нашей планете, она существует и в других уголках Вселенной, также вероятно, что это весьма распространенное явление, но пока ученые еще только ищут жизнь за пределами нашей планеты и единственной из них, где обнаружена жизнь остается Земля. Кто знает, может, это единственная планета, где каким-то неведомым образом зародилась жизнь?

Откуда она возникла на Земле, действительно никто пока не имеет представления. Жизнь — слишком сложное явление, чтобы она возникла случайно, и о процессах, которые могут привести к её появлению мы пока ничего не знаем. Но факт остается фактом — на Земле существует и процветает жизнь. Всю историю существования нашей планеты, длящуюся 4,5 миллиарда лет, ученые разделили на две большие части — два эона: Криптозой и Фанерозой. Криптозойский эон — это эон «скрытой жизни». В геологических слоях этого периода в не находят никаких следов жизни на планете. Это не может однозначно указывать на то, что её не было в это время вовсе, но никаких свидетельств её наличия не отмечается, возможно, она была долгое время слишком примитивной — на уровне одноклеточных организмов, не сохраняющихся в виде окаменелостей. Фанерозойский эон начался 570 миллионов лет назад, ознаменовавшись так называемым «Кембрийским взрывом». В этот период заканчивается Докембрийская или Архейская геологическая эпоха и начинается Палеозой. Палеозойская эра — это эра «древней жизни». В этот момент появляются практически все типы живых существ: моллюски, брахиоподы, черви, иглокожие, членистоногие, хордовые и другие — поэтому данный момент и был назван «взрывом». Уже через 100 миллионов лет появляются первые позвоночные, а 400 миллионов лет назад жизнь начинает выбираться на сушу — возникают земноводные. Хотелось бы заметить, что жизнь возникла в океане и долгое время не могла выбраться на сушу, так как пока не сформировалась кислородная и озоновый слой, защищающие все живое от смертельной солнечной радиации, суша была непригодна для жизни. В этот же период начинается расцвет наземных растений — появляются плауны, хвощи, папоротники, вслед за растениями появилась почва. Палеозой заканчивается 251 миллион лет назад крупнейшим массовым вымиранием живых существ, за всю её историю. Что произошло в этот период остается неизвестным, очевидно, на планете произошли колоссальные климатические изменения. Некоторые палеонтологи считают, что на Земле случился сильнейший ледниковый период, охвативший всю планету. Однако, после Палеозоя наступил Мезозой, и жизнь на планете восстановилась вновь. Мезозой стал эпохой динозавров, которые царствовали на планете около 200 миллионов лет. Но 65 миллионов лет назад снова произошло массовое вымирание видов. Все динозавры исчезли с лица планеты. Предположительно, в Землю врезался крупный метеорит, радикально изменивший её климат. С этого момента началась Кайнозойская эра, которая длится до сегодняшнего дня. Кайнозой стал эпохой , а около 2 миллионов лет назад среди них выделился человек.

Сегодня жизнь проникла во все уголки Земного шара, она есть на самом дне океанов, в горячих источниках, на самых высоких горах, в жерлах вулканов и подо льдом . Она проникла повсеместно, там где жизнь исчезает по каким-то причинам вскоре она восстанавливается вновь, приспосабливаясь к все более новым и тяжелым условиям окружающей среды. Многообразие живых организмов на планете огромно, оно насчитывает миллионы животных, растений, грибов и микроорганизмов. Сама биосфера — это по сути непрерывное пространство, на котором расположились все эти виды. Они взаимодействуют между собой за счет огромного количества биологических связей, образуя единую, глобальную экосистему. Разумеется, разные живые организмы приспособились к разным природным условиям, потому на Земле сформировалось несколько природных зон, характеризующихся особыми природными условиями и видами, населяющими их.

Экология значительно расширила сферу своих исследований и в настоящее время рассматривает закономерности экосистемы в тесной связи с географией и деятельностью человека. Отсюда возникают общие геоэкологические закономерности на уровне биосферы.

Основу географических закономерностей составляют рельеф, единство (целостность) биосферы, сохранение равновесия в природе, зональность и азональность, полярная асимметрия и обмен веществ.

В 1974 г. известным американским экологом Б. Коммонером перечисленные закономерности были объединены в четыре закона:

1. Все связано со всем. Небольшой сдвиг в одном месте экологической системы приводит к непредвиденным последствиям всей экосистемы.

2. Ничто не исчезает бесследно и не исчезает в никуда. Вещество вступает в обмен веществ и переходит из одной формы в другую.

3. Природа знает лучше. Человек не знает, что, "улучшая" природу, может нарушить в ней закономерности развития.

4. За все приходится платить. Человек, безвозмездно и неграмотно используя природные ресурсы, загрязняет воздух, воду, почву. Должен быть предел бесхозяйственной деятельности человека. Все действия человека на равных условиях должны решаться в пользу природы. Будущее биосферы напрямую зависит от разума живущих в ней людей. Только сохраняя качество окружающей среды, человек может защитить себя как биологический вид.

Второй путь сохранения человечества - это возможность приспособления к неблагоприятным условиям среды. По биологическим законам природы, в случае отсутствия названных двух условий человеческое общество постепенно исчезнет. Поэтому сохранение равновесия на планете, изучение закономерностей единства географической оболочки помогают осуществлять жизненные процессы в пределах биосферы.

Биосфера - область исследования экологии, самая крупная экологическая система земного шара. Для более глубокого изучения географической оболочки и биосферы остановимся на некоторых геоэкологических понятиях.

Биосфера - благоприятная среда для существования живых организмов на Земле. Площади ее простираются от небольших нор, гнезд птиц и муравейников до крупных долин, биоценозов и экосистем (рис. 64).

Рис. 64. Цветок - место обитаиия бабочки

Географическая оболочка - единая территориальная система, занимающая весь внешний слой земного шара. Она охватывает все составные части биосферы. Общая глубина географической оболочки составляет 35-40 км.

Строение, характеристика и область исследования географической оболочки и биосферы сходны, это взаимодополняющие друг друга системы. Хотя биосфера уступает географической оболочке по объемам и размерам, в ней сосредоточены все живущие ныне на Земле организмы. Две крупные экосистемы являются объектом исследования экологии. Термин "географическая оболочка" введен в науку А. А. Григорьевым (1932), а "биосфера" - Э. Зюссом (1875).

Одним из основных свойств географической оболочки является неоднородность пространства. Пространственное распределение земной коры - результат длительных и сложных геобиологических процессов. Например, основной показатель географической оболочки - геосистемы, или природные ландшафты.

Экосистемы - природный комплекс, образованный совокупностью живых организмов и непрерывным потоком веществ и энергии на Земле.

Размеры и биомасса экосистемы могут быть самыми разными - от небольших до огромных территорий. Они охватывают надземную (атмосфера), подземную (литосфера) и водную (гидросфера) жизненные среды. Например, понятие "экосистема" применимо, начиная от капли воды до океана. По своей природе экосистемы делятся на естественные и антропогенные.

Одно из основных свойств "экосистемы" - разнообразие размеров. Высшей, глобального масштаба, экосистемой является биосфера. Простые экосистемы (биогеоценозы) характеризуются относительной однородностью. Как единая экосистема взаимодействуют в ней растительные сообщества, животный мир, физико-географические условия, а также постоянный поток энергии и обмен веществ.

Биогеоценоз соответствует географическому понятию "фация". Например: экосистемы берез, долин, степей и т. д.

Основные свойства, характерные для экосистемы, - это круговорот веществ и устойчивость биологической продуктивности.

Геосистема (географическая система) - единый комплекс природных компонентов, развивающихся в тесной взаимосвязи во времени и пространстве и взаимодополняющих друг друга как материальная система. Хотя геосистема и экосистема близки между собой, геосистемы по сравнению с экосистемами охватывают производственные, территориальные комплексы и область распространения производственных мест.

Высшая природная система географической оболочки - это ландшафт (рис. 65, 66).

Рис. 65. Горные луга

Рис. 66. Окжетпес. Горный ландшафт

Ландшафт - территории, однородные по происхождению и истории развития, обладающие единым географическим периодом формирования, однообразными почвой, рельефом, климатом, гидротермическими условиями, биоценозом.

Между экосистемами и геосистемами (ландшафты) существуют сходство и различия. В основе - понятия, описывающие природные комплексы. Но экосистема не имеет твердых территориальных границ, они условны. Например, леса Чарына, Или, экосистема Жетысуского (Джунгарского) Алатау и др.

В пределах географической оболочки выделяют ландшафтную среду. Это слой земли, охватывающий растительный и животный мир, нижние слои воздуха, надземные и подземные воды. Только в данном слое создана благоприятная среда для всех живых организмов. Если ландшафтная среда в зоне тундры занимает 5-10 м, то в тропических зонах достигает 100-150 м. Основные причины этого связаны с развитием рельефа и толщиной органического слоя.

Таким образом, в чем главные отличия геосистемы от экосистемы? Геосистема выполняет полицентральную функцию, а экосистема - биоцентральную, где основу составляют живые организмы.

Полное научное определение географических ландшафтов дал и описал их известный российский ученый П. П. Семенов-Тян-Шанский.

По его систематике различают первичный, частично природный, культурный и восстанавливающий ландшафты.

Если взять современные ландшафты на примере Казахстана, то можно встретить природные, антропогенные и культурные ландшафты.

Природные ландшафты - целинные природные комплексы, где, возможно, не ступала нога человека. Такие ландшафты в Казахстане можно встретить в районе высоких гор, в степных пустынных и полупустынных природных зонах.

Антропогенные ландшафты - это измененные земли, связанные с воздействием человека на природные комплексы непосредственно и косвенно, например появление пастбищ на месте вырубленных лесов. Иногда такие антропогенные ландшафты можно восстановить. Но неграмотное использование ландшафтов человеком превращает их в пустыни и такыры. По научным данным, крупнейшие экосистемы пустынь планеты Сахара, Гоби, Такламакан, Средней Азии - результат непосредственного или косвенного влияния человека. Сюда можно отнести тысячи гектаров непригодных земель Центрального Казахстана, районы Арала, Южного Казахстана с подверженными эрозии почвами (рис. 67).

Рис. 67. Приаральские земли, подверженные эрозии

Самая крупная экосистема земного шара-биосфера (сфера жизни). Ее эволюция развития и будущее связаны только с Землей. Заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит академику В. И. Вернадскому (1863-1945).

Основы его учения о биосфере, изложенные в 1926 г. в книге "Биосфера", сохраняют свое значение и в современной науке.

В книге ученый исследовал развитие, формирование и будущее жизни в биосфере, где основной движущей силой жизни является энергия Солнца. В целом образование, развитие и обмен веществ в биосфере рассматриваются с точки зрения возникновения органических веществ.

Географическая оболочка. Экосистема. Геосистема. Ландшафт.

1. Географическая оболочка и биосфера - взаимодополняющие единые экосистемы.

2. Существуют природные закономерности развития географической оболочки и биосферы.

3. Законы Б. Коммонера.

1. Что относится к географическим закономерностям?

2. В чем значение законов В. Коммонера?

3. Что такое природное равновесие?

1. Каково общее описание биосферы и ее движущей силы?

2. Что включает в себя географическая оболочка?

3. Какие виды экосистемы вы знаете?

1. В чем сходство и отличие гео- и экосистем?

2. Назовите типы ландшафта и его функции.

3. Есть ли будущее у не пригодных к использованию земель?

Понятия географическая оболочка, ландшафтное пространство, ландшафтная оболочка, природный территориальный комплекс, биосфера, ноосфера, витасфера

Одним из важнейших свойств нашей планеты как космиче­ского тела является ясно выраженное ее оболочечное строение. Начиная от центра Земли к периферии (ближнему и дальнему Космосу) последовательно сменяют друг друга внутреннее и внешнее ядра, нижняя и верхняя мантии, земная кора с базальто­вым, гранитным и осадочным слоями, гидросфера с абиссальной, батиальной и литоральной зонами, биосфера с почвенным слоем (педосферой) и биостромом (зоной концентрации, растений и жи­вотных у поверхности Земли), ландшафтная сфера, включающая в себя кору выветривания, почвы, биостром и приземные слои воздуха, географическая оболочка, простирающаяся от астено­сферы до озонового экрана, и, наконец, атмосфера с тропосфе­рой, стратосферой, мезосферой, термосферой и экзосферой .

Все многообразие сфер, образующих планету Земля сложилось в ходе длительной эво­люции и разбивается на две большие группы (табл. 1).

Таблица. 1

Элементы структурной и функциональной групп образующих планету Земля.

Вторая группа возникла в ходе взаимодействия первых, поэтому она называется функциональной. Характерной чертой этой группы является то, что все, ее элементы образуются в контактных зонах и свою внутреннюю структуру формируют за счет природных тел других сфер, располагающихся вблизи той или иной контактной зоны.

Географическая оболочка Земли – сложный природный комплекс, возникающий в зоне взаимопроникновения и взаимодействия литосферы, атмосферы и гидросферы. Географическая оболочка формируется под воздействием солнечной энергии и характеризуется развитием органической жизни. В нее входит нижняя часть атмосферы (тропосфера) (10 км), вся гидросфера, верхний слой литосферы (на материках – 4 – 5 км, на океанах 11 – 12 км), соответствующий оболочке осадочных пород и биосфера. Общая мощность географической оболочки – 20 – 35 км .

Критерием обособления ландшафтного пространства является наблюдаемая в нем и свойственная только ему интеграция всех состояний вещества, характерных для земной поверхности: абиогенного – твердого, жидкого, газообразного и живого. Ландшафтное пространство занимает ту контактную позицию в географической оболочке, в которой наиболее тесно смыкаются, пронизывают друг друга, осуществляют взаимный обмен веществом и энергией литосфера, атмосфера, гидросфера и биосфера. Если первые три составляющие большей своей частью выходят далеко за пределы контактного ландшафтного пространства, то биосфера, основной своей массой сконцентрирована именно в нем. Ландшафтное пространство облекает всю нашу планету. Будучи трехмерным (объемным) образованием, оно вместе с тем имеет «пленочный», пограничный характер, т. е. распластано по земной поверхности.

Впервые как самостоятельное природное тело ландшафтная оболочка (сфера) была вы­делена Воронежским географом Федором Николаевичем Мильковым в 1959 году. Ландшафтная оболочка представ­ляет собой тонкий слой прямого соприкосновения и энергичного взаимодействия верхних слоев земной коры, нижних слоев тро­посферы и водной оболочка Земли. Вся она (от своей верхней границы до нижней) пронизана жизнью и может быть определена как биологический фокус географической оболочки .

Ландшафтная оболочка - место трансформации солнечной энергии в различные виды земной энергии, среда, наиболее благоприятная для развития жизни. Ландшафтная оболочка - это совокупность ландшафтных комплексов, выстилающих сушу, океаны и ледниковые покровы .

В ландшафтную оболочку входят:

Современная кора выветривания;

Приземные слои воздуха;

Растительность;

Животные организмы.

При непосредственном участии или под контролем живых организмов здесь происходит множество процессов энерго-массообмена, результатом которых становятся специфичные ландшафтные тела, которые не могут возникнуть и существовать в каких-либо иных условиях.

Ландшафтная оболочка является относительно малой по объему частью географической оболочки, но она наиболее сложно организованная, гетерогенная, энергетически самая активная и наиважнейшая в экологическом отношении. В обобщенном виде ее определение может быть следующим: ландшафтная оболочка - тонкий приземный слой географической оболочки, представляющая зону контакта и активного энерго-массообмена литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы, питаемую лучистой энергией Солнца и энергией внутриземного происхождения, сферу наивысшего сгущения жизни на Земле, зарождения, развития и современного существования человечества и земной цивилизации .

Ландшафтная оболочка - одна из наиболее древних функциональных оболочек. Она возникла в начале геологического этапа развития Земли и была представлена абиогенной корой выветривания, контактирующей с достаточно тонким слоем приземной атмосферы. В ходе своей эволюции, и особенно с появлением на Земле живого вещества, ландшафтная сфера приобрела сложную внутреннюю структуру, перейдя в разряд биокосных систем, т.е. систем, в строении которых равнозначную роль играют как орга­ническая, так и неорганическая материи.

Можно выделить две основные функции ландшафтной оболочки.

1. В ее пределах происходит преобразование солнечной энергии в другие виды, а также рассеивание этой энергии не только в границах ландшафтной оболочки, но и всей гео­графической оболочки в целом.

2. В пределах ландшафтной оболочки создаются наи­более благоприятные условия для возникновения и существова­ния жизни .

Каковы вертикальные границы ландшафтной оболочки? Верхняя граница ландшафтной оболочки совпадает с верхней границей приземных слоев воздуха. Эти слои, средней мощно­стью 30-50 м, находятся под непосредственным воздействием подстилающей поверхности Земли. Для их толщи характерны су­точные колебания температуры и влажности воздуха, хорошо развитая термическая конвекция, кроме того, здесь наблюдаются повышенная запыленность воздуха и наличие спор и пыльцы растений. Мощность слоя определяется характером подстилающей поверхности. В высоких широтах, где эта поверхность достаточ­но однородна (снег, лед), верхняя граница располагается на высо­те первых десятков метров. В низких широтах подстилающая по­верхность представлена влажными тропическими лесами, где только высота древесного яруса достигает 70-80 м, и поэтому граница располагается уже на высоте первых сотен метров.

Нижняя граница совпадает с нижней границей коры вывет­ривания, которая представляет собой продукты прямого воздей­ствия воздуха, воды, растительности и животных на горные по­роды. Кора выветривания распространена повсеместно и варьи­рует от нескольких метров в высоких широтах до нескольких де­сятков метров, а иногда сотен, в тропиках.

Таким образом, средняя мощность ландшафтной оболочки равна нескольким десяткам метров, причем при движении от эк­ватора к полюсам ее мощность уменьшается .

Ландшафтная оболочка в ходе своей длительной эволюции породила человечество, на протяжении тысячелетий была колыбелью его цивилизации и ныне является сферой обитания человека и объектом его труда. Со временем ландшафтная оболочка стала антропогенной, техногенной и интеллектуальной и духовной .

Целостность ландшафтной оболочки обеспечивается ее внут­ренней структурой, т.е. совокупностью ее частей, характером их взаимосвязей и взаимодействия. Различают три основных струк­турных уровня ее организации:

1. Вещественный (геокомпонентный);

2. Вертикальный (радиальный);

3. Лате­ральный (комплексный).

Вещественному уровню принадлежит важная роль в обособлении отдельных частей (геокомпонентов) ландшафтной сферы. Геокомпоненты - это совокупность веществ однородных по сво­ему химическому, физическому, биологическому составу. Различают следующие компонен­ты:

Горные породы (минералы);

Растения;

Животные.

За каждым из компонентов стоит определенный тип вещества. Кроме того, к компонентам относят рельеф и климат (микроклимат), не имеющие под собой какого-либо вещественного содержания.

Геокомпоненты в ландшафтной оболочке формируют четыре контрастные среды: земную кору (горные по­роды и минералы), воздушную тропосферу (воздух) и гидросферу - в твердом (лед) и жидком (вода) состояниях. В формировании внутренней структуры ландшафт­ной оболочки принимают участие не все среды одновременно, а лишь отдельные их комбинации, разобщенные территориально.

На Земле наблюдается пять комбинаций прямого со­прикосновения контрастных сред. Комбинации отличаются друг от друга интенсивностью и формами взаимного обмена веществом и энергией, и, следова­тельно, в каждой из них формируется особая ландшафтная обста­новка, принципиально отличающаяся от других. Вследствие это­го внутри ландшафтной оболочки формируются особые ее вариан­ты (табл. 2).

Таблица 2

Комбинаций прямого со­прикосновения контрастных сред ландшафтной сферы

Наземный вариант формируется в условиях суши, где осуществляется контакт литогенной и воздушной сред. Это наиболее изученный в настоящее время вариант ландшафтной сфе­ры.

Водный, или водноповерхностный, вариант охватывает поверхностную часть вод Мирового океана и имеет максималь­ную площадь среди всех других вариантов. Включает в себя кро­ме приземных слоев воздуха, также верхнюю толщу вод океана до глубины 200 м, так как именно в этих пределах возможен про­цесс фотосинтеза.

Донный вариант весьма своеобразен. Здесь атмосфера за­мещена водой, а почвы - илами. Полностью отсутствует свет. Возникает он на дне Мирового океана, охватывая его батиальную и абиссальную зоны.

Земноводный вариант по совокупности образующих его компонентов наиболее сложный. Он охватывает все поверхност­ные, воды (реки, озера и др.), морские мелководья (до глубины 200 м), а также собственно литоральную зону, являющуюся ядром этого варианта.

Ледовый вариант включает в себя ледники суши и много­летние морские льды. И те, и другие - производные климатиче­ских, условий. Их основная область распространения - высокие широты обоих полушарий и высокогорья Земли.

Вертикальная структура ландшафтной оболочки выражается через набор ее ярусов, сменяющих друг друга снизу вверх (от центра Земли к ее периферии). При движении в этом направлении в границах ландшафтной сферы хорошо обо­собляются, но при этом активно взаимодействуют следующие ее горизонты, или ярусы:

1) литогенный, совпадающий в основном с корой выветрива­ния;

2) почвенный;

3) биогенный, образованный растениями и жи­вотными;

4) воздушный, с органическими включения­ми: спорами, пыльцой, насекомыми, птицами и т.д.

Данная вертикальная структура характерна только назем­ному варианту ландшафтной сферы. В других вариантах она но­сит иной, резко отличный от представленного, характер.

3. Горизонтальная структура ландшафтной оболочки связана с неравномер­ным распределением солнечной радиации по поверхности Земли, а также, сложным вещественным и гипсометрическим устройством ее поверхности. Подобный характер горизон­тальной структуры выражается в формировании разнообразных ландшафтов .

Помимо понятия «ландшафтная оболочка», в ландшафтоведении закрепилось понятие природный территориальный комплекс (ПТК). Он определяется как пространственно-временная система географических компонентов, взаимообусловленных в своем размещении и развивающихся как единое целое. ПТК характеризуется сопряженностью с некоторой территорией в рамка пространсттвенных пороговых критериев и обозначает класс природных географических систем локальной и региональной размерности (рис. 2) .

ПТК - ландшафтное понятие, однозначно интерпретируемое практически во всех трудах ландшафтоведов как совокупность взаимосвязанных природных компонентов (литогенной основы, воздушных масс, природных вод, почв, растительности и животного мира) в форме территориальных образований различного иерархического ранга .

Ландшафтные ПТК – это саморегулируемые и самовосстанавливаемые системы взаимосвязанных компонентов и комплексов функционирующие под воздействием одного или нескольких компонентов, выступающих в роли ведущего фактора.

Рисунок 2. Геосистема (I) и природный территориальный комплекс (ландшафт) (II) горного массива

Термин «биосфера» впервые употреблен Э. Зюссом в его классическом труде «Лик Земли» (1875), а после него и рядом других исследователей, но ни достаточно строгой формулировки этого понятия, ни точного определения границ биосферы, ни исследования значения биосферы в общей энергетике и геохимической работе Земли этими авторами сделано не было. Лишь В. И. Вернадский, пришедший на основании своих геохимических исследований к выводу об исключительно большом значении живых организмов в протекании геохимических процессов на земной поверхности и в формировании лика Земли, сформулировал общее учение о биосфере в своей работе 1926 года «Биосфера» .

По Вернадскому, биосфера это оболочка земли состав которой в основных чертах предопределены деятельностью живых существ: вся тропосфера, гидросфера, литосфера: мощностью до 30 – 40 км, населенная живыми организмами, а также область «былых биосфер», очерченная распределением на Земле биогенных осадочных пород; в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба. Это область системного взаимодействия живого и косного вещества на планете.

Биосфера не есть только так называемая область жизни. Вещество ее состоит из семи глубоко разнообразных частей:

1) живое вещество;

2) биогенное;

3) косное;

4) биокосное;

5) радиоактивное;

6) рассеянные атомы;

7) вещество космического происхождения.

Следовательно, биосфера понятие планетарное, широкое, намного превосходящее по объему поле исследования лесовода, биолога и почвоведа, которое ограничивается «областью жизни». Поэтому для обозначения «области жизни» или биогеоценотической оболочки применяется термин витасфера. Частица «вита» подчеркивает тот факт, что этот слой населен ныне живущими организмами. Таким образом, витасфера (эпигенема, фитогеосфера, биогеоценотическая оболочка) – слой биосферы, или область жизни, включающая ныне живущие организмы и вовлекаемые ими в биологический круговорот части атмосферы, гидросферы, литосферы; мощность на суше до сотни метров.

Ноосфера (ноос – разум) – это сфера земли, охваченная деятельностью человека. Сейчас, в связи с космическими полетами границы ноосферы вышли за пределы биосферы Земли .