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.