Функции, состав и строение биосферы. Функции воды в биосфере
Запасы воды в биосфере. Свойства и функции гидросферы — КиберПедия
Гидросферой называют водную оболочку Земли, представляющую собой совокупность океанов, морей, рек, озер, прудов, болот, подземных и почвенных вод, ледников. 70 % земной поверхности покрыто водой. Общее количество воды на Земле оценивается в 1386 млн км3. Максимальный объем воды – 95 % от общих запасов – приходится на долю Мирового океана. Средняя соленость океанической воды составляет 35 г/л, пресная же вода должна содержать не более 1 г/л солей. По этой причине океаническая вода не используется на хозяйственные нужды. Запасы пресной воды на планете составляют всего 2,5 % мировых ресурсов (около 35 млн км3) и представлены они водами рек, озер и подземными (грунтовыми) водами. 70 % запасов пресной воды сосредоточено в ледниках и вечных снегах. Естественными «кладовыми» пресной воды являются оз. Байкал (Россия), на долю которого приходится 1/5 мирового объема питьевой воды, Великие озера Северной Америки, финское Озерное плато, насчитывающее 60 тыс. озер, и подземное оз. Лост-Си в пещере Крэгхед (США).
Вода – единственное вещество на Земле, существующее в природе в трех агрегатных состояниях, благодаря чему происходит большой круговорот воды (гидрологический цикл). Он связывает воедино все части самой гидросферы и обеспечивает ее взаимодействие с атмосферой, литосферой и биосферой. Ежегодно с поверхности Земли испаряется около 525 тыс. км воды, 86 % из которой – это соленая вода Мирового океана. Конденсируясь, атмосферный пар дает начало и подпитку пресной воде рек, озер, ледников, а также почвенной влаге и подземным водам. Таков механизм непрерывного естественного опреснения воды в процессе ее круговорота.
Вода является одним из важнейших неисчерпаемых природных ресурсов, обеспечивая существование живых организмов на Земле. Без нее невозможно развитие процессов жизнедеятельности, поскольку она входит в состав всех клеток и тканей любого животного или растительного организма.
Вода формирует земную кору Земли, рельеф и береговую линию, благодаря ей осуществляется дрейф континентов, деятельность вулканов и т. д. Климат и погода на Земле определяются наличием водных просторов и количеством водяного пара в атмосфере. Океаны и моря, благодаря большой теплоемкости, способны формировать циклоны и антициклоны, влияя на погоду. Кроме того, растворяя газы атмосферы, океан является регулятором состава воздуха.
Человечество использует воду для следующим образом:
· сельское хозяйство, которое забирает огромное количество воды на орошение земель и нужды животноводства
· большое количество воды потребляется промышленностью, где она используется для растворения, смешивания, очищения, охлаждения режущего инструмента и т. п.
· предприятиям теплоэнергетики требуются значительные объемы воды – для ТЭЦ мощностью в 2,5 МВт необходимо 1,5·10 м3воды, а развитие гидроэнергетики идет по пути сооружения каскадов ГЭС.
· активными потребителями водных ресурсов являются такие отрасли народного хозяйства, как водный транспорт и рыбное хозяйство.
· на коммунально-бытовые нужды в разных странах мира уходит от 10 до 30 % общего потребления воды.
Функции:
Климатообразующая
Ландшафтообразовательная
Транспортная
Ресурсная
Энергетическая
Биосферная
38 Источники и виды загрязнения гидросферы;
Различают следующие виды загрязнения воды: химическое, биологическое, физическое, радиоактивное, тепловое.
Химическое загрязнение обуславливается наличием в воде примесей, имеющих химическое происхождение, в основном в результате человеческой деятельности. Это нефть и другие горюче-смазочные материалы, органические смолы, жиры и другие соединения, щелочи, тяжелые металлы, нитраты, фосфаты, минеральные кислоты и т. д. Их источником в первую очередь является промышленное производство и сельскохозяйственная химизация.
Взвешенные частицы уменьшают прозрачность воды, тем самым уменьшая проникновение в нее света, что в свою очередь снижает интенсивность фотосинтеза водных растений и аэрацию водной среды. Взвешенные вещества влияют на температуру и состав растворенных компонентов поверхностных вод, они способствуют заилению дна в зонах с малой скоростью течения, оказывают неблагоприятное воздействие на жизнедеятельность водных организмов.
Повышенное содержание аммонийного азота отрицательно сказывается на состоянии водной флоры и фауны. Рост его концентрации в водоемах стимулирует процесс эвтрофикации.
Эвтрофикацией называют избыточное поступление в водоемы биогенных элементов
Химическое загрязнение приводит к целому ряду заболеваний, в том числе раковым и болезней крови у человека, отрицательно сказывается на состоянии водной флоры и фауны, провоцирует «цветение» и зарастание водоемов и т. д.
Биологическое загрязнение главным образом обуславливается коммунально-бытовыми стоками и сельскохозяйственным животноводством. Этот вид загрязнения воды исключительно опасен и может приводить к эпидемиям серьезнейших заболеваний. Биологическое загрязнение, несмотря на жесткий эпидемиологический контроль, остается актуальной проблемой для нашей страны. Достаточно сказать, что ежегодно объем жидких навозных стоков в РБ достигает 20 млн м3. Значительная часть этих стоков в конечном итоге попадает в водоприемники, являясь потенциальной причиной биологического загрязнения.
Физическое загрязнение воды вызывается главным образом смывом и сдуванием почвенных частиц в водоприемники, т. е. эрозией почвы, а также работой таких отраслей промышленности, как деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная. Такое загрязнение также может приводить к достаточно серьезным последствиям. Снижает возможности использования воды для культурно-бытовых целей, вызывает гибель обитающих в водоемах организмов и т. д
Крайне актуальным для Беларуси является еще один вид загрязнения – радиоактивное. Выпавшие в результате аварии на ЧАЭС радионуклиды способны закрепляться на длительный срок в донных отложениях, являясь источником потенциальной опасности для всех живых организмов.
Тепловое загрязнение обуславливается сбросом теплых вод, использовавшихся при охлаждении на ТЭЦ и АЭС, а также промышленных предприятиях в открытые водные объекты. Температура таких вод на десятки градусов выше, чем природных водоемов, поэтому их неконтролируемый сброс приводит к изменению видового разнообразия водных организмов, нарушению экологического равновесия экосистем, снижению качества и «цветению» воды.
cyberpedia.su
Функции, состав и строение биосферы
Все живые существа планеты Земля вступают в тесную связь друг с другом и с окружающей средой, образуя тем самым экосистемы. Эти сообщества взаимодействующих организмов не изолированы одно от другого. Они связаны между собой различными взаимоотношениями, прежде всего пищевыми. Совокупность экосистем образует единую планетарную экосистему, которая называется биосферой. В этой статье будет рассмотрено строение биосферы, ее состав и основные функции.
Наука
Данное понятие было впервые введено в науку Ж. Б. Ламарком в далеком 1803 году и означало совокупность всех живых организмов планеты Земля. В конце девятнадцатого века термин "биосфера" использовал Ж. Зюсе, который включил неживую материю осадочных пород в строение биосферы. Учение о биосфере появилось в 1926 году, когда В. И. Вернадский обобщил огромное количество научных сведений, так или иначе иллюстрирующих взаимосвязь между живым и неживым веществом. Ученый смог показать, что наша планета не только заселена живыми организмами, но и активно ими преобразуется. Кроме того, по мнению Вернадского, вмешательство людей в природные процессы настолько существенно, что возможно говорить о ноосфере – новой фазе развития биосферы. На сегодняшний день наука о биосфере объединяет в себя данные из разных областей знания. Среди них можно отметить биологию, химию, геологию, климатологию, океанологию, почвоведение и прочие.
Строение биосферы таково, что живые организмы могут самостоятельно поддерживать необходимый состав почвы, атмосферы и гидросферы. Они играют ключевую средообразующую роль. На основании этого ученые выдвинули гипотезу о том, что почва и воздух были созданы самими живыми организмами на протяжении сотен миллионов лет эволюции. Изучив сходство в строении геологических пород, залегающих глубже кембрийских, с более поздними породами, Вернадский предположил, что в виде простейших организмов жизнь на планете существовала едва ли не изначально. Позже геологи доказали ошибочность этой гипотезы.
Так как солнце является энергетической основой существования всего живого на Земле, биосферу можно рассматривать как оболочку, структура и состав которой формируются за счет совместной деятельности живых организмов и определяются притоком солнечной энергии. Теперь давайте познакомимся со строением биосферы Земли.
Живое и неживое
Рассматривая состав и строение биосферы, прежде всего стоит отметить, что она состоит из живого и неживого вещества (инертной материи). Основная масса живых организмов сосредотачивается в трех геологических оболочках Земли: атмосфере (воздушный слой), гидросфере (океаны, моря и так далее) и литосфере (верхний слой породы). Однако распределяются эти оболочки в самой большой экосистеме неравномерно. Так, гидросфера представлена в строении биосферы полностью, а литосфера и атмосфера – частично (верхний и нижний слои соответственно).
Неживой компонент биосферы состоит из:
- Биогенного вещества, которое является продуктом жизнедеятельности живых организмов. К нему относятся: каменный уголь, нефть, торф, природные известняки, газ и прочее.
- Биокосного вещества, представляющего собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов. Сюда входят: почва, ил, вода водоемов и так далее.
- Косного вещества, которое входит в биологический круговорот, но не является продуктом жизнедеятельности живых организмов. К этой группе относятся: вода соли металлов, атмосферный азот и прочее.
Границы биосферы
Такие понятия, как состав, строение и границы биосферы, тесно связаны друг с другом. Несмотря на то что бактерии и споры были обнаружены на высоте до 85 километров, считается, что верхний предел биосферы составляет 20-25 км. На больших высотах концентрация живого вещества ничтожно мала из-за сильного воздействия солнечного излучения.
В гидросфере жизнь присутствует повсюду. И даже в Марианской впадине, глубина которой составляет 11 км, ученый из Франции Ж. Пикар наблюдал не только беспозвоночных, но и рыб. Под более чем 400-метровой толщей антарктического льда живут бактерии, водоросли, фораминиферы и ракообразные. Бактерии встречаются под километровым слоем ила и в подземных водах. Тем не менее наибольшая концентрация живых существ наблюдается на глубине до 3 км. Таким образом, границы и строение биосферы в разных частях планеты могут быть разными.
Атмосфера, литосфера и гидросфера
Атмосфера состоит главным образом из кислорода и азота. В небольших количествах в ней содержатся аргон, углекислый газ и озон. От состояния атмосферы зависит жизнь как сухопутных, так и водных существ. Кислород необходим для дыхания живых организмов и минерализации отмирающих органических веществ. Ну а углекислый газ используется растениями для фотосинтеза.
Литосфера имеет толщину от 50 до 200 км, тем не менее основное количество видов живых организмов сосредотачивается в ее верхнем слое толщиной несколько десятков сантиметров. Распространение жизни вглубь литосферы ограничено в силу ряда факторов, главными из которых являются: отсутствие света, высокая плотность среды и высокая температура. Таким образом, нижней границей распространения жизни в литосфере является глубина в 3 км, на которой были обнаружены некоторые виды бактерий. Справедливости ради стоит отметить, что они жили не в грунте, а в подземных водах и нефтеносных горизонтах. Ценность литосферы состоит в том, что она дает жизнь растениям, питая их всеми необходимыми веществами.
Гидросфера является важнейшим компонентом биосферы. Порядка 90 % запаса воды приходится на Мировой океан, который занимает 70 % поверхности планеты. Он содержит 1,3 млрд км3, а реки и озера – 0,2 млн км3 воды. Важнейшим фактором жизнедеятельности организма является содержание в воде кислорода и углекислого газа.
Увлекательные цифры
И состав, и строение, и функции биосферы удивляют своими масштабами. С некоторыми интересными фактами мы с вами сейчас познакомимся. В воде содержится в 660 раз больше углекислого газа, чем в воздухе. На суше преобладает разнообразие растительного мира, а в море – животного. 92 процента всей биомассы на суше приходится на зеленые растения. В океане же 94 % составляют микроорганизмы и животные.
В среднем раз в восемь лет биомасса Земли обновляется. Растениям суши для этого нужно 14 лет, океана – 33 дня. На то, чтобы вся вода земного шара прошла через живые организмы, понадобится 3000 лет, кислород – до 5000 лет, а углекислый газ – 6 лет. У азота, углерода и фосфора эти циклы еще более длительные. Биологический круговорот не замкнут – порядка 10 % живого вещества переходит в осадочные отложения и захоронения.
На биосферу приходится всего 0,05 % от массы нашей планеты. Она занимает порядка 0,4 % от объема Земли. Масса живых существ составляет всего 0,01-0,02 % от массы косного вещества, тем не менее они играют весьма значительную роль в геохимических процессах.
Ежегодно продуцируется 200 млрд тонн сухого веса органики, а в процессе фотосинтеза поглощается 170 млрд тонн углекислого газа. В процессе жизнедеятельности микроорганизмов в биогенный круговорот каждый год вовлекается 6 млрд тонн азота и 2 млрд тонн фосфора, а также огромное количество железа, магния, серы, кальция и прочих элементов. За это время человечество добывает порядка 100 млрд тонн полезных ископаемых.
В процессе своей жизнедеятельности организмы делают существенный вклад в круговорот веществ, стабилизируя и преображая биосферу, свойства и строение которой заставляют задуматься о наличии высших сил.
Энергетическая функция
Познакомившись со строением и составом биосферы, переходим к ее функциям. Начнем с энергетической. Как известно, растения поглощают солнечное излучение и насыщают биосферу жизненно необходимой энергией. Примерно 10 % улавливаемого света продуценты используют для своих нужд (в основном для клеточного дыхания). Все остальное через пищевые цепи распространяется по всем экосистемам биосферы. Часть энергии консервируется в недрах земли, насыщая их своей силой (уголь, нефть и т. д.).
Даже рассматривая функции и строение биосферы кратко, всегда выделяют окислительно-восстановительную функцию как подвид энергетической. Будучи продуцентами, хемосинтезирующие бактерии могут извлекать энергию из реакций окисления и восстановления неорганических соединений. В процессе окисления сероводорода энергией питаются серобактерии, а железа (из 2-валентного в 3-валентное) – железобактерии. Нитрифицирующие также не сидят без дела. Они окисляют аммонийные соединения до нитратов и нитритов. Именно для этого фермеры удобряют свои поля соединениями аммония, которые сами по себе растениями не усваиваются. При удобрении грунта непосредственно нитратами запасающие ткани растений перенасыщаются водой, что приводит к ухудшению их вкусовых качеств и увеличению опасности возникновения заболеваний пищеварительной системы у тех, кто употребляет их в пищу.
Средообразующая функция
Живые организмы формируют почву, а также регулируют состав воздушной и водной оболочек земли. Если бы на планете не существовало фотосинтеза, запас атмосферного кислорода был бы израсходован за 2000 лет. Кроме того, буквально через один век, из-за увеличения концентрации углекислого газа в воздухе, организмы начали бы гибнуть. За один день лесной массив может поглотить из 50-метрового слоя воздуха до 25 % двуокиси углерода. Дерево среднего размера способно обеспечить кислородом четырех человек. Один гектар лиственного леса, расположенный около города, ежегодно задерживает порядка 100 тонн пыли. Озеро Байкал, которое славится своей кристальной чистотой, является таковым благодаря меленьким рачкам, которые трижды за год «процеживают» его. И это лишь несколько примеров того, как живые организмы регулируют состав веществ в биосфере.
Концентрационная функция
Живые существа, и в особенности микроорганизмы, способны концентрировать множество химических элементов, находящихся в биосфере. Практически 90 % почвенного азота являются результатом деятельности синезеленых водорослей. Бактерии могут концентрировать железо (к примеру, окисляя гидрокарбонат, растворимый в воде, до гидроксида, оседающего в среде их обитания), марганец и даже серебро. Эта удивительная особенность позволила ученым полагать, что именно благодаря микроорганизмам на земле столько месторождений металлов.
В некоторых странах такие элементы, как германий и селен добывают из растений. Водоросль фукус может накапливать в 10 тысяч раз больше титана, чем содержится в окружающей ее морской воде. В каждой тонне бурых водорослей содержится несколько килограмм йода. Австралийский дуб накапливает алюминий, сосна – бериллий, береза – барий и стронций, лиственница – ниобий и марганец, а торий концентрируется в осине, черемухе и пихте. Кроме того, некоторые растения даже «собирают» драгоценные металлы. Так, в 1 тонне золы полыни может быть до 85 граммов золота!
Деструктивная функция
Химическое строение биосферы Земли и ее окружения предполагает не только созидательные, но и разрушающие процессы. Впрочем, они также играют большую роль в регуляции веществ на планете. При активной жизнедеятельности живых организмов происходит минерализация органических остатков и выветривание горных пород. Бактерии, грибы, синезеленые водоросли и лишайники могут разрушать твердые породы за счет выделения угольной, азотистой и серной кислот. Разъедающие соединения также выделяют корни деревьев. Есть такие бактерии, которые даже могут разрушить стекло и золото.
Транспортная функция
Рассматривая строение и функции биосферы, нельзя упустить из виду перенос масс вещества. Дерево поднимает воду из земли в атмосферу, крот выбрасывает землю наверх, рыба плывет против течения, стая саранчи мигрирует – все это является проявлением транспортной функции биосферы.
Живое вещество может проделывать грандиозную геологическую работу, формируя новый облик биосферы и активно участвуя во всех ее процессах.
Отдельно стоит отметить процесс формирования осадочных пород. Первой стадией этого процесса является выветривание – разрушение верхних слоев литосферы под действием воздуха, солнца, воды и микроорганизмов. Внедряясь в породу, корни растений могут разрушать ее. Вода, которая просачивается в трещины, образованные корнями, растворяет и уносит вещество. Это происходит благодаря разъедающим компонентам растения. Особенно обильно органические кислоты выделяют лишайники. Таким образом, физическое выветривание происходит вместе с химическим.
Благодаря отмиранию организмов планктона на дне мирового океана ежегодно отлагается до 100 млн тонн известняков. Многие из них имеют химическое происхождение, находясь, к примеру, в области контакта кислотных и щелочных подземных вод. При отмирании одноклеточных водорослей и радиолярий формируются кремнийсодержащие илы, которые покрывают сотни тысяч км2 морского дна.
Почвообразующая функция
Свойства и строение биосферы настолько всеобъемлющи, что все ее функции тесно связаны между собой. Так, почвообразование является одним из ответвлений обмена масс и средообразования, но рассматривается отдельно в силу свое важности. При разрушении и дальнейшей переработки горных пород микроорганизмами образуется рыхлая плодотворная оболочка земли, именуемая почвой. Корни крупных растений извлекают минеральные элементы из глубоких горизонтов, обогащая ими верхние слои грунта и повышая их плодотворность. Почва получает органические соединения из мертвых корней и стеблей растений, а также экскрементов и трупов животных. Эти соединения являются пищей для почвенных организмов, которые минерализуют органику, продуцирую углекислый газ, органические кислоты и аммиак.
Беспозвоночные животные, насекомые, а также их личинки, играют важнейшую структурообразующую роль. Они делают почву рыхлой и пригодной для жизни растений. Позвоночные животные (кроты, землеройки и прочие) разрыхляют землю, способствуя благополучному произрастанию в ней кустарников. Ночью в землю проникает охлажденный сжатый воздух, который необходим для дыхания корней и микроорганизмов.
Такое вот удивительно строение у биосферы.
fb.ru
1.7.5 Круговорот воды
Роль воды в происходящих в биосфере процессах огромна. Без воды невозможен обмен веществ в живых организмах. С появлением жизни на Земле круговорот воды стал относительно сложным, так как к простому явлению физиологического испарения добавился более сложный процесс биологического испарения (транспирация), связанный с жизнедеятельностью растений и животных. Кратко круговорот воды в природе можно описать следующим образом. Вода поступает на поверхность Земли в виде осадков, которые образуются главным образом из водяного пара, попадающего в атмосферу в результате физического испарения и испарения воды растениями. Одна часть этой воды испаряется прямо с поверхности водных объектов или косвенно, при посредстве растений и животных, а другая питает подземные воды (рисунок 1.13). Характер испарения зависит от многих факторов. Так, с единицы площади в лесной местности испаряется значительно больше воды, чем с поверхности водного объекта. С уменьшением растительного покрова уменьшается и транспирация, а, следовательно, и количество осадков. Поток воды в гидрологическом цикле определяется испарением, а не осадками. Способность атмосферы удерживать водяной пар ограниченна. Увеличение скорости испарения ведет к соответствующему увеличению осадков. Вода, содержащаяся в воздухе в виде пара в любой момент, соответствует в среднем слою толщиной 2,5 см., равномерно распределенному по поверхности Земли. Количество осадков, выпадающих в год, составляет в среднем 65 см. Следовательно, водяные пары атмосферного фронта ежегодно совершают круговорот примерно 25 раз (раз в две недели). Содержание воды в водных объектах и почве в сотни раз больше, чем в атмосфере, однако она протекает через два первых фонда с одинаковой скоростью. Среднее время переноса воды в ее жидкой фазе по поверхности Земли около 3650 лет, в 10000 раз больше, чем время ее переноса в атмосфере. Человек в процессе хозяйственной деятельности оказывает сильное воздействие на основу гидрологического цикла – испарение воды. Загрязнение водных объектов и в первую очередь морей и океанов нефтепродуктами резко ухудшает процесс физического испарения, а уменьшение площади лесов – транспирацию. Это не может не сказаться на характере круговорота воды в природе.
Рисунок 1.13- Круговорот воды [41] Глобальные круговороты жизненно важных биогенных элементов распадаются в биосфере на множество мелких круговоротов, приуроченных к локальным местам обитания различных биологических сообществ. Они могут быть более или менее сложными и в разной степени чувствительными к различного рода внешним воздействия. Но природа распорядилась так, что в естественных условиях эти биохимические круговороты являются «образцовыми безотходными технологиями». Цикличность охватывает 98-99% биогенных элементов и лишь 1-2% уходит даже не в отходы, а в геологический запас (рисунок 1.14).
1.8 Основы устойчивости биосферы
Устойчивость экосистем и их совокупности биосферы зависит от многих факторов (рисунок 1.15), суть наиболее важных из них в следующем:
Рисунок 1.15- Факторы устойчивости биосферы [41] 1. Биосфера использует внешние источники энергии: солнечную энергию и энергию разогрева земных недр для упорядочения ее организации, эффективного использования свободной энергии, не вызывая загрязнения окружающей среды. Постоянное использование определенного количества энергии и ее рассеивание в виде тепла создало эволюционно сложившийся тепловой баланс в биосфере. Для биоценозов характерен закон (принцип) «энергетической проводимости»: сквозной поток энергии, проходя через трофические уровни биоценоза, постоянно гасится. В 1942 г. Р. Линдеман сформулировал закон пирамиды энергии или закон (правило) 10 %, согласно которому с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой более высокий ее уровень (« по лестнице » продуцент - консумент - редуцент) в среднем около 10% поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды энергии. 2. Биосфера использует вещества (преимущественно легкие биогенные элементы) в основном в форме круговоротов. Биогеохимические циклы элементов отработаны эволюционно и не приводят к накоплению отходов. 3. В биосфере существует огромное многообразие видов и биологических сообществ. Конкурентные и хищнические отношения между видами способствуют установлению между ними равновесия. При этом практически отсутствуют доминирующие виды с чрезмерной численностью, что обеспечивает защиту биосферы от сильной опасности со стороны внутренних факторов. Видовое разнообразие- это фактор повышения устойчивости экосистем к воздействию внешних факторов. Генофонд дикой природы - бесценный дар, возможности которого пока использованы лишь в малой степени. 4. Практически все закономерности, характерные для живого вещества, имеют адаптивное значение. Биосистемы вынуждены приспосабливаться к непрерывно изменяющимся условиям жизни. В вечно меняющейся среде жизни каждый вид организма адаптирован по- своему. Это выражается правилом экологической индивидуальности: двух идентичных видов не существует. Экологическая специфичность видов подчеркивается так называемой аксиомой адаптированности: каждый вид адаптирован к строго определенной специфичной для него совокупности условий существования - экологической нише. 5. Саморегуляция или поддержание численности популяции зависит от совокупности абиотических и биотических факторов. Каждая популяция взаимодействует с природой как целостная система. Правило популяционного максимума: численность естественных популяций ограничена истощением пищевых ресурсов и условий размножения, недостаточностью этих ресурсов и слишком коротким периодом ускорения роста популяции. Любая популяция обладает строго определенной генетической, фенотической, половозрастной и другой структурой. Она не может состоять из меньшего числа индивидов, чем это необходимо для обеспечения ее устойчивости к факторам внешней среды. Принцип минимального размера не есть константа для любых видов, он строго специфичен для каждой популяции. Выход за пределы минимума грозит популяции гибелью: она уже не будет в состоянии самовосстановиться. Разрушение каждого из приведенных факторов может привести к снижению устойчивости, как отдельных экосистем, так и биосферы в целом.
studfiles.net
Запасы и роль воды в биосфере — Мегаобучалка
В определении жизни, данном Онсагером и Моровицем. «Жизнь есть свойство материи, приводящее к сопряженной циркуляции биоэлементов в водной среде, движимой в конечном счете энергией солнечного излучения по пути увеличения сложности» самое основное – утверждение, что жизнь возможна только «в водной среде». Необходимостью этого условия можно объяснить то, что из всех планет Солнечной системы жизнь существует, по-видимому, только на Земле, поскольку лишь на ней присутствует вода в жидком виде.
Все функционирующие живые системы состоят в основном из воды в жидкой фазе. В наземных растениях, в частности, содержится до 85–95 % воды. Она – важнейшее составляющее любой живой клетки. Биохимические реакции протекают в воде, поскольку большинство органических соединений из биологического подмножества водорастворимы. На заре возникновения жизни летучие органические соединения рассеивались в атмосфере, распадаясь под действием лучей солнца. Те, что не растворялись в воде, погружались на дно водоемов. В воде остались преимущественно водорастворимые органические вещества, они и участвовали в дальнейшей эволюции жизни.
Древнейшие следы жизни обнаруживаются именно в осадочных породах, то есть в веществе, осевшем на дно бывших морей и океанов. На сушу жизнь вышла около 600 млн. лет назад – сравнительно недавно в геологическом понимании времени. Первыми сухопутными «жителями» стали, по-видимому, бактерии и грибы, а затем примитивные растения. После растений на сушу из гидросферы вышли наши древние предки – амфибии. Из океана они словно захватили, унесли внутри себя и передали нам частичку былой среды – морской воды. Доказательство тому – удивительное сходство соотношения основных химических элементов в крови обитателей суши и в морской воде. Во время второй мировой войны хирурги, оказавшись без донорской крови, успешно использовали разбавленную морскую воду (кровезаменитель – раствор Квентона).
Эмбрион на 97 % состоит из воды. В младенческом возрасте ее количество сокращается до 86 %. У взрослого человека оно не превышает 60 %. Основная часть воды – 70 % – сосредоточена в клетках, а 30 % – это внеклеточная вода. Особенно много воды в крови – до 90 %.
Функции воды – питьевая, технологическая, сырьевая, энергетическая, транспортная, теплорегулирующая, санитарно-гигиеническая.
Вода обладает уникальными и аномальными свойствами по сравнению с остальными веществами земного происхождения, например термодинамически – теплоемкость, константы парообразования и кристаллизации – и физико-химическим – вязкость, достижение максимальной плотности при 4° С, несжимаемость, высокий коэффициент поверхностного натяжения, плавучесть льда, растворяющая способность, возможность формирования щелочной, нейтральной и кислой среды.
Объем воды Мирового океана превосходит объем суши, расположенной выше его уровня, примерно в 13 раз. Если объем воды, заключенной в Мировом океане, распределить равномерно по земной поверхности, то она окажется покрытой слоем воды глубиной 2600 м. Значительное количество воды сосредоточено в подземных горизонтах. Существует много вариантов оценок этой массы. Но их точность намного ниже точности оценки массы воды в Мировом океане. Поэтому и данные по массе подземных вод, представленные в табл. 6.5, можно считать лишь весьма приблизительными. С глубиной температура земной коры растет, увеличивается и температура подземных вод, а на значительных глубинах вся вода вообще переходит в пароводяную смесь.
Обычно подземные воды образуют многоэтажное строение – целую серию водоносных горизонтов, расположенных друг под другом. Водоносный горизонт – это скопление воды в грунте над каким-либо водоупором, то есть над непроницаемым или плохо проницаемым для воды природным образованием – базальтом, глиной и т.п.
Положение уровня грунтовых вод (расстояние от поверхности почвы) зависит от многих причин. Он изменяется по временам года. Летом, когда мала влажность воздуха и нет затяжных дождей, он понижается, осенью поднимается. То же может произойти и весной за счет таяния снегов, паводков на реках и дождей. Уровень грунтовых вод может колебаться и в течение суток из-за отбора воды из колодцев.
Еще одной значительной по массе частью гидросферы являются ледники и снежники. В ледниках содержится наибольшее количество пресной воды – 69 % всех мировых запасов, особенно много ее в ледниковом щите Антарктиды (около 62 %).
По сравнению с запасом вод Мирового океана снежно-ледовые образования, подземные и почвенные воды, воды рек и озер составляют малую долю. Однако их роль в биосфере ничуть не меньше. Связано что с тем, что в функционировании экосистем на планете основную роль играет не только запас воды, но интенсивность ее движения в круговороте. И такой термин, как «водные ресурсы», чаще всего связывают с интенсивностью участия воды в какой-либо структуре се круговорота, например в речной сети.
Важность такой составляющей гидросферы, как почвенные воды, подчеркивает тот факт, что водоемы, сосредоточив подавляющий запас воды и занимая большую часть поверхности Земли, производят лишь 39 % первичного органического вещества. Остальной 61 % производится на суше. Продуктивность тропических морей ограничивается недостатком питательных веществ, приполярных - недостатком света.
Вопрос 35
megaobuchalka.ru
