Общая Биология

Страница 76 из 84

Концентрация живого вещества на больших высотах столь ничтожна, что биосферу считают ограниченной на высоте 20—25 км озоновым слоем, защищающим живые существа от разрушительного воздействия жесткого излучения.

В гидросфере жизнь распространена повсюду. В Марианской впадине на глубине 11 км при давлении 1100 атм и температуре 2,4 °С обитают голотурии, беспозвоночные и рыбы. Под толщей антарктического льда более 400 м обитают бактерии, цианобактерии, диатомовые водоросли и фораминиферы, ракообразные. Глубины 2—3 км считаются нижней границей биосферы; общая ее толщина, таким образом, в разных частях планеты изменяется от 12—15 до 30—35 км.

Атмосфера в основном состоит из N2 (78 %) и О2 (21 %). В небольших количествах входят Ar (1 %), CO2 (0,03 %), О3. От состояния атмосферы зависит жизнедеятельность как организмов суши, так и водных существ. О2 используется в основном для дыхания и минерализации (окисления) отмирающего органического вещества. СО2 необходим для фотосинтеза.

Гидросфера. Вода — один из самых необходимых компонентов биосферы. Около 90 % воды находится в мировом океане, занимающем 70 % поверхности планеты, только 0,014 % составляют пресные воды рек и озер. Важным параметром для развития жизни является концентрация в воде биогенных элементов, О2 и СО2 (в воде в сотни раз больше СО2, чем в воздухе). Тропические области открытого океана плохо перемешиваются, сильно прогреваются и бедны кислородом, по малонаселенности их можно сравнить с континентальной пустыней. В приполярных зонах теплые воды как более легкие поднимаются и выносят к поверхности необходимые планктону биогенные соединения. Обильное развитие планктона у берегов Антарктиды служит кормовой базой для многих обитающих там животных. В морях и океанах различают пять типов сгущений жизни:

1. Шельфовые (<англ. shelf) прибрежные при общей площади дна около 8 % содержат 60 % биомассы океана. Эта зона хорошо освещена, богата кислородом (по причине интенсивного перемешивания), различными биогенными соединениями, поступающими с суши (например, с речной водой). Здесь процветает планктон, питающий многочисленные подвижные организмы нектона (рыб, головоногих моллюсков и пр.). Эти существа значительно крупнее организмов планктона, но их общая биомасса в 20 раз меньше массы планктона.

Океанический планктон составляют два сообщества:

а) фитопланктон — основной продуцент океана (водоросли, 70 % из которых — микроскопические диатомовые, бактерии), населяющий поверхностные воды до глубины 50—100 м;

б) зоопланктон — первичные консументы фитопланктона (моллюски, рачки, простейшие, оболочники, различные беспозвоночные и их личинки), обитающие во всей толще воды.

Жизнь зоопланктона протекает в постоянном движении, он то поднимается, то опускается на глубину до 1 км, избегая своих пожирателей (отсюда и название: <греч. planktos блуждающий). Зоопланктон — основная пища усатых китов. Фитопланктон составляет всего 8 % от массы зоопланктона, но, быстро размножаясь, продуцирует в 10 раз больше биомассы, чем вся остальная океаническая жизнь. Фитопланктон дает 50 % кислорода планеты (остальные 50 % производят леса).

Донный напарник планктона бентос (<греч. benthos глубина) перерабатывает органические остатки планктона. Организмы бентоса: крабы, двустворчатые моллюски, черви, морские звезды и ежи, голотурии, фораминиферы (морские корненожки), водоросли и бактерии — приспособлены к жизни почти без света. Превращая органические остатки в минеральные вещества, восходящими потоками доставляющиеся в верхние слои, бентос питает планктон. Чем богаче бентос, тем богаче планктон, и наоборот. За пределами шельфа количество обоих падает в 10—100 раз.

Планктон и бентос формируют в океане мощный слой карбонатных и кремнеземных илов, образующих осадочные породы. Карбонатные осадки способны превращаться в камень всего за несколько десятков лет.

2. Апвелинговые (<англ. up наверх + well хлынуть) сгущения образованы на местах выноса к поверхности глубинных вод, содержащих продукцию бентоса (вследствие сгона поверхностных вод постоянно дующими вдоль побережья ветрами). Известны Калифорнийский, Сомалийский, Бенгальский, Канарский и особенно Перуанский апвелинг, дающий около 20 % мирового промысла рыбы.

3. Рифовые (<нем. Riff) — известные всем коралловые рифы, изобилующие цианобактериями, водорослями, моллюсками, иглокожими и рыбой. Растут рифы обычно по 1—2 см в год, (иногда по 20—30 см в год) не только за счет коралловых полипов, но и за счет жизнедеятельности моллюсков и иглокожих, концентрирующих кальций, а также зеленых и красных водорослей с известковым скелетом.

Основной продуцент рифовых экосистем — микроскопические фототрофные водоросли, поэтому рифы находятся на глубинах не более 50 м, им требуется прозрачная теплая вода с определенной соленостью. Рифы — одна из самых продуктивных систем биосферы, образующая ежедневно до 2 т/га биомассы.

4. Саргассовые сгущения — поля плавающих на поверхности бурых и багрянниковых водорослей с множеством воздушных пузырьков. Распространены в Саргассовом и Черном морях.

5. Абиссальные рифтовые придонные (<греч. abyssos бездонный, англ. rift трещина) сгущения формируются на глубине до 3 км вокруг горячих источников на разломах океанической коры (рифтах). В этих местах выносится из земных недр сероводород, ионы железа и марганца, соединения азота (оксиды, аммиак), питающие хемотрофные бактерии — продуценты, потребляемые более сложными организмами (моллюсками, крабами, раками, рыбами и огромными сидячими червеобразными животными погонофорами). Эти организмы не нуждаются в солнечном свете. В рифтовых зонах существа растут примерно в 500 раз быстрее и достигают внушительных размеров. Двустворчатые моллюски достигают 30 см в диаметре, бактерии — до 0,11 мм. Известны галапагосские рифтовые сгущения, а также у острова Пасхи.

В море преобладает разнообразие животных, а на суше — растений. Только покрытосеменные составляют 50 % всех видов растений планеты, а морские водоросли — лишь 5 %. Общая биомасса на суше представлена на 92 % зелеными растениями, а в океане 94 % составляют животные и микроорганизмы.

Биомасса планеты обновляется в среднем каждые 8 лет, растения суши — за 14 лет, океана — за 33 дня (фитопланктон — ежедневно). Вся вода проходит через живые организмы за 3 тыс. лет, кислород — за 2—5 тыс. лет, а углекислый газ атмосферы — всего за 6 лет. Существенно более длительны циклы углерода, азота и фосфора. Биологический круговорот не замкнут, около 10 % вещества уходит в виде осадочных отложений и захоронений в литосферу.

Масса биосферы составляет всего 0,05 % массы Земли, а ее объем — около 0,4 %. Общая масса живого вещества составляет

0,01—0,02 % от косного вещества биосферы, но роль живых организмов в геохимических процессах весьма значительна. Ежегодная продукция живого вещества составляет около 200 млрд т сухого веса органических веществ, в процессе фотосинтеза 70 млрд т воды реагирует с 170 млрд т углекислого газа. Ежегодно жизнедеятельность организмов вовлекает в биогенный круговорот 6 млрд т азота, 2 млрд т фосфора, железо, серу, магний, кальций, калий и др. элементы. Человечество, используя многочисленную технику, добывает около 100 млрд т полезных ископаемых в год.

Жизнедеятельность организмов вносит существенный вклад в планетарный круговорот веществ, осуществляя его регуляцию, жизнь служит мощным геологическим фактором, стабилизирующим биосферу.

1- Что называют биосферой, ноосферой? В чем основной вклад

~ В. И. Вернадского в развитие учения о биосфере?

2. Из каких компонентов состоит вещество биосферы?

3. Охарактеризуйте три основных оболочки биосферы и докажите их взаимосвязь.

4. Как связаны организмы бентоса, планктона и отложения океанического дна?

§ 72. Биогеохимические процессы в биосфере

Функции живого вещества. Различают пять основных функций живого вещества биосферы.

1. Энергетическая функция. Растения поглощают около

1 % солнечного света и насыщают энергией биосферу. В виде химических связей фотосинтезированных соединений энергия распределяется по пищевым цепям в экосистемах биосферы. Некоторое количество энергии консервируется в виде полезных ископаемых (торфа, угля, нефти), насыщая энергией земные недра.

В энергетической функции иногда выделяют окислительно-восстановительную функцию. Хемосинтезирующие бактерии извлекают энергию, осуществляя окислительно-восстановительные реакции. Серобактерии получают энергию, окисляя сероводород, а железобактерии — двухвалентное железо до трехвалентного. Нитрифицирующие бактерии окисляют соединения аммония до нитритов и нитратов.

Претензии к содержанию