Эволюция живых организмов земли и их отражение в географической оболочке
— это комплексная оболочка земного шара, где соприкасаются и взаимно друг в друга проникают и взаимодействуют , и . оболочка в своих границах почти совпадает с биосферой.
Взаимное проникновение друг в друга слагающих географическую оболочку Земли газовой, водной, живой и оболочек и их взаимодействие определяет целостность географической оболочки. В ней происходит непрерывный круговорот и обмен веществ и энергии. Каждая оболочка Земли, развиваясь по собственным законам, испытывает на себе влияние других оболочек и в свою очередь оказывает на них свое воздействие.
Влияние биосферы на атмосферу связано с фотосинтезом, в результате которого происходит интенсивный газообмен между ними и регулирование газов в атмосфере. Растения поглощают из атмосферы углекислый и выделяют в нее кислород, необходимый для дыхания всем живым существам. Благодаря атмосфере поверхность Земли не перегревается днем солнечными лучами и не слишком остывает ночью, что создает условия для существования живых особей. Биосфера влияет и на гидросферу, так как организмы оказывают существенное влияние на . Они забирают из воды необходимые им вещества, особенно кальций, для построения скелетов, раковин, панцирей. Гидросфера для многих существ - среда существования, а вода крайне необходима для многих процессов жизнедеятельности растений и животных. Воздействие организмов на особенно заметно в верхней ее части. В ней накапливаются остатки погибших растений и животных, образуются органического происхождения. Организмы участвуют не только в образовании горных пород, но и в разрушении их - в : Они выделяют кислоты, воздействующие на горные породы, разрушают их корнями, проникающими в трещины. Плотные, твердые породы превращаются в рыхлые осадочные (гравий, галька).
Подготавливаются условия для образования . В литосфере появились горные породы, которые стали использоваться человеком. Знание закона целостности географической оболочки имеет большое практическое значение. Если хозяйственная деятельность человека не учитывает его, то она часто приводит к нежелательным последствиям.
Изменение одной из оболочек географической оболочки отражается и на всех других. Примером может служить эпоха великого оледенения в .
Увеличение поверхности суши привело к наступлению более холодного и , что повлекло за собой образование толщи снега и льда, покрывшего огромные площади на севере и , а это в свою очередь привело к изменению растительного и животного мира и к изменению почв.
Современная географическая оболочка - результат ее длительного развития, в процессе которого она непрерывно усложнялась. Ученые выделяют 3 этапа ее развития.
I этап продолжался 3 млрд. лет и назывался добиогенным. Во время его существовали только простейшие организмы. Они принимали слабое участие в ее развитии и формировании. Атмосфера в этот этап отличалась низким содержанием свободного кислорода и высоким - углекислого газа.
II этап продолжался около 570 млн. лет. Он характеризовался ведущей ролью живых существ в развитии и формировании географической оболочки. Живые существа оказывали огромное влияние на все ее компоненты. Происходило накопление горных пород органического происхождения, изменился состав воды и атмосферы, где повысилось содержание кислорода, так как происходил фотосинтез у зеленых растений, уменьшилось содержание углекислого газа. В конце этого этапа появился человек.
III этап - современный. Он начался 40 тыс. лет назад и характеризуется тем, что человек начинает активно влиять на разные части географической оболочки. Поэтому именно от человека зависит, будет ли она существовать вообще, так как человек на Земле не может жить и развиваться изолированно от нее.
Кроме целостности, к общим закономерностям географической оболочки относят ее ритмичность, то есть периодичность и повторяемость одних и тех же явлений, и .
Географическая зональность проявляется в определенной смене от полюсов . В основе зональности лежит различное поступление на земную поверхность тепла, света, а они уже отражаются на всех остальных компонентах, и прежде всего почвах, и животном мире.
Зональность бывает вертикальная и широтная.
Вертикальная зональность - закономерное изменение природных комплексов как в высоту, так и в глубину. Для гор основной причиной этой зональности служит изменение и количества влаги с высотой, а для глубин океана - тепла и солнечного света. Понятие «вертикальная зональность» значительно шире, чем « », которая справедлива лишь применительно к суше. В широтной зональности выделяют наиболее крупное подразделение географической оболочки - . Он характеризуется общностью температурных условий. Следующая ступень деления географической оболочки - географическая зона. Она выделяется в пределах географического пояса уже не только общностью температурных условий, но и увлажнением, что приводит к общности растительности, почв и животного мира. В пределах географических зон (или природных зон) выделяют переходные области. Они формируются вследствие постепенного изменения
Оболочка Земли, в пределах которой взаимно проникают друг в друга и взаимодействуют нижние слои атмосферы, верхние части литосферы, вся гидросфера и биосфера, называется географической оболочкой (земной оболочкой) Все компоненты географической оболочки взаимодействуют друг с другом.
Резких границ географическая оболочка не имеет. Многие ученые считают, что ее мощность составляет в среднем 55 км. Географическую оболочку иногда называют природной средой или просто природой.
Свойства географической оболочки.
Только в географической оболочке присутствуют вещества в твердом, жидком и газообразном состоянии, что имеет огромное значение для всех процессов, происходящих в географической оболочке, и прежде всего для возникновения жизни. Только здесь у твердой поверхности Земли возникла сначала жизнь, а затем появились человек и человеческое общество, для существования и развития которого имеются все условия: воздух, вода, горные породы и полезные ископаемые, солнечное тепло и свет, почвы, растительность, бактериальный и животный мир.
Все процессы в географической оболочке происходят под воздействием солнечной энергии и в меньшей степени внутренних земных источников энергии. Таким образом, свойства географической оболочки : целостность, ритмичность, зональность .
Целостность ГО проявляется в том, что изменение одного компонента природы неизбежно вызывает изменение всех остальных. Эти изменения могут равномерно охватывать всю географическую оболочку и проявляются в некоторых ее отдельных частях, оказывая влияние на другие части.
Ритмичность природных явлений заключается в повторяемости сходных явлений во времени. Примеры ритмичности: суточные и годовые периоды вращения Земли; длительные периоды горообразования и изменения климата на Земле; периоды изменения солнечной активности. Изучение ритмов важно для прогнозов процессов и явлений, происходящих в географической оболочке.
Зональность – закономерное изменение всех компонентов ГО от экватора к полюсам. Она вызывается вращением шарообразной Земли с определенным наклоном оси вращения вокруг Солнца. В зависимости от географической широты солнечная радиация распределяется зонально и вызывает смену климатов, почв, растительности и других компонентов географической оболочки. Мировой закон зональности географической оболочки проявляется в ее разделении на географические пояса и природные зоны. На его основании проводят физико-географическое районирование Земли и отдельных ее участков.
Одновременно с зональными действуют и азональные факторы , связанные с внутренней энергией Земли (рельеф, высота, конфигурация материков). Они нарушают зональное распределение компонентов ГО. В любом месте земного шара зональные и азональные факторы действуют одновременно.
Круговорот веществ и энергии
Круговорот веществ и энергии - это важнейший механизм природных процессов географической оболочки. Существуют различные круговороты веществ и энергии: воздушные круговороты в атмосфере, земной коре, круговороты воды и др.
Для географической оболочки большое значение имеет круговорот воды , который осуществляется благодаря движению воздушных масс. Без воды не может быть и жизни.
Огромная роль в жизни географической оболочки принадлежит биологическому круговороту. В зеленых растениях, как известно, на свету из углекислого газа и воды образуются органические вещества, которые служат пищей для животных. Животные и растения после отмирания разлагаются бактериями и грибами до минеральных веществ, которые затем вновь поглощаются зелеными растениями.
Ведущая роль во всех круговоротах принадлежит круговороту воздуха в тропосфере, который включает всю систему ветров и вертикальное движение воздуха. Движение воздуха в тропосфере втягивает в глобальный круговорот и гидросферу, образуя мировой круговорот воды.
Каждый последующий круговорот отличается от предыдущих. Он не образует замкнутого круга. Растения, например, берут из почвы питательные вещества, а отмирая, отдают их значительно больше, так как органическая масса растений создается в основном за счет углекислого газа атмосферы, а не за счет веществ, поступающих из почвы.
Роль живых организмов в формировании природы.
Жизнь делает нашу планету неповторимой. Жизненные процессы состоят из трех главных этапов: создания в результате фотосинтеза органического вещества первичной продукции; превращения первичной (растительной) продукции во вторичную (животную); разрушения первичной и вторичной биологической продукции бактериями, грибами. Без этих процессов жизнь невозможна. Живые организмы включают: растения, животные, бактерии и грибы. Каждая группа (царство) живых организмов выполняет определенную роль в развитии природы.
Под влиянием живых организмов в воздухе стало больше кислорода и уменьшилось содержание углекислого газа. Зеленые растения - основной источник атмосферного кислорода. Другим стал состав Мирового океана. В литосфере появились горные породы органического происхождения. Залежи угля и нефти, большинство отложений известняков - результат деятельности живых организмов.
До появления жизни на Земле внешнюю, единую оболочку ее составляли три взаимосвязанные оболочки: литосфера, атмосфера и гидросфера. С появлением живых организмов - биосферы, эта внешняя оболочка значительно изменилась. Изменились и все ее составные части - компоненты. Оболочка, Земли, в пределах которой взаимно проникают друг в друга и взаимодействуют нижние слои атмосферы, верхние части литосферы, вся гидросфера и биосфера, называется географической (земной) оболочкой. Все компоненты географической оболочки существуют не изолированно, они взаимодействуют друг с другом. Так, вода и воздух, проникая по трещинам и порам вглубь горных пород, участвуют в процессах выветривания, изменяют их и в то же время меняются сами. Реки и подземные воды, перемещая минеральные вещества, участвуют в изменении рельефа. Частицы горных пород высоко поднимаются в атмосферу при извержении вулканов, сильных ветрах. Много солей содержится в гидросфере. Вода и минеральные вещества входят в состав всех живых организмов. Живые организмы, отмирая, образуют огромные толщи горных пород. Верхнюю и нижнюю границы географической оболочки разные ученые проводят по-разному. Резких границ она не имеет. Многие ученые считают, что ее мощность составляет в среднем 55 км. По сравнению с размерами Земли это тонкая пленка.
В результате взаимодействия компонентов географическая оболочка обладает присущими только ей свойствами.
Только здесь присутствуют вещества в твердом, жидком и газообразном состоянии, что имеет огромное значение для всех процессов, происходящих в географической оболочке, и прежде всего для возникновения жизни. Только здесь у твердой поверхности Земли возникла сначала жизнь, а затем появились человек и человеческое общество, для существования и развития которого имеются все условия: воздух, вода, горные породы и полезные ископаемые, солнечное тепло и свет, почвы, растительность, бактериальный и животный мир.
Все процессы в географической оболочке происходят под воздействием солнечной энергии и в меньшей степени внутренних земных источников энергии. Изменение солнечной активности сказывается на всех процессах географической оболочки. Так, например, в период повышения солнечной активности увеличиваются магнитные бури, изменяется скорость роста растений, размножения и миграции насекомых, ухудшается состояние здоровья людей, особенно детей и пожилых. Связь между ритмами солнечной активности и живыми организмами показал русский биофизик Александр Леонидович Чижевский еще в 20-30-х гг. ХХ в.
Географическую оболочку иногда называют природной средой или просто природой, имея в виду главным образом природу в границах географической оболочки.
Все компоненты географической оболочки связаны в единое целое посредством круговорота веществ и энергии, благодаря которому осуществляется обмен веществ между оболочками. Круговорот веществ и энергии - это важнейший механизм природных процессов географической оболочки. Существуют различные круговороты веществ и энергии: воздушные круговороты в атмосфере, земной коре, круговороты воды и др. Для географической оболочки большое значение имеет круговорот воды, который осуществляется благодаря движению воздушных масс. Вода, одно из наиболее удивительных веществ природы, отличающееся большой подвижностью. Способность переходить из жидкого в твердое или газообразное состояние при незначительных изменениях температуры позволяет воде ускорять различные природные процессы. Без воды не может быть и жизни. Вода, находясь в круговороте, вступает в тесные взаимодействия с другими компонентами, связывает их между собой и является важным фактором формирования географической оболочки.
Огромная роль в жизни географической оболочки принадлежит биологическому круговороту. В зеленых растениях, как известно, на свету из углекислого газа и воды образуются органические вещества, которые служат пищей для животных. Животные и растения после отмирания разлагаются бактериями и грибами до минеральных веществ, которые затем вновь поглощаются зелеными растениями. Одни и те же элементы многократно образуют органические вещества живых организмов и многократно снова переходят в минеральное состояние.
Ведущая роль во всех круговоротах принадлежит круговороту воздуха в тропосфере, который включает всю систему ветров и вертикальное движение воздуха. Движение воздуха в тропосфере втягивает в глобальный круговорот и гидросферу, образуя мировой круговорот воды. От него зависит и интенсивность других круговоротов. Наиболее активно круговороты происходят в экваториальном и субэкваториальном поясах. А в полярных областях наоборот, они протекают особенно медленно. Все круговороты взаимосвязаны между собой.
Каждый последующий круговорот отличается от предыдущих. Он не образует замкнутого круга. Растения, например, берут из почвы питательные вещества, а отмирая, отдают их значительно больше, так как органическая масса растений создается в основном за счет углекислого газа атмосферы, а не за счет веществ, поступающих из почвы. Благодаря круговоротам происходит развитие всех компонентов природы и географической оболочки в целом.
Что делает нашу планету неповторимой? Жизнь! Трудно представить себе нашу планету без растений и животных. В самых разнообразных формах она пронизывает не только водную и воздушную стихии, но и верхние слои земной коры. Возникновение биосферы является принципиально важным этапом развития географической оболочки и всей Земли как планеты. Главная роль живых организмов - обеспечение развития всех жизненных процессов, в основе которых лежит солнечная энергия и биологический круговорот веществ и энергии. Жизненные процессы состоят из трех главных этапов: создания в результате фотосинтеза органического вещества первичной продукции; превращения первичной (растительной) продукции во вторичную (животную); разрушения первичной и вторичной биологической продукции бактериями, грибами. Без этих процессов жизнь невозможна. Живые организмы включают: растения, животные, бактерии и грибы. Каждая группа (царство) живых организмов выполняет определенную роль в развитии природы.
Жизнь на нашей планете возникла 3 млрд. лет назад. Все организмы в течение миллиардов лет развивались, расселялись, изменялись в процессе развития и в свою очередь воздействовали на природу Земли - среду своего обитания.
Под влиянием живых организмов в воздухе стало больше кислорода и уменьшилось содержание углекислого газа. Зеленые растения - основной источник атмосферного кислорода. Другим стал состав Мирового океана. В литосфере появились горные породы органического происхождения. Залежи угля и нефти, большинство отложений известняков - результат деятельности живых организмов. Результатом деятельности живых организмов является также образование почв, благодаря плодородию которых возможна жизнь растений. Таким образом, живые организмы являются мощным фактором преобразования и развития географической оболочки. Гениальный русский ученый В. И. Вернадский считал живые организмы самой могущественной по своим конечным результатам силой на земной поверхности, преобразующей природу.
Термин биосфера был предложен в 1875 г. австрийским геологом Э. Зюссом. А в 1926 г. В. И. Вернадский создал учение о биосфере, как активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов (в том числе и человека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения. И сейчас, вслед за Вернадским, биосферой называют область активной жизни, оболочку Земли, населенную живыми организмами, охватывающую нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.
Вопрос о вертикальных границах биосферы решается неоднозначно. Наиболее насыщен живыми организмами только нижний слой атмосферы - менее 100 метров над землей, но птица кондор способна подняться на высоту 7 км, а токи воздуха уносят микроорганизмы, бактерии, споры грибов вверх до 10 км. И, принимая во внимание принципиальную возможность существования живых существ, верхнюю границу биосферы проводят на высоте от 20-25 км (озоновый слой) до 30 км; нижнюю от нескольких сот метров (зона гипергенеза) до нескольких километров (где встречаются еще анаэробные бактерии), а в Мировом океане - до самых глубоких впадин. Такое понимание термина биосфера близко к понятию географическая оболочка . При более узкой трактовке этого термина, биосфера - это совокупность всех живых организмов, населяющих географическую оболочку, то есть органический мир или живое вещество.
Живые организмы и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя динамические системы глобального, регионального и локального уровней. Видовой состав растений, произрастающих на определенной территории, называется флорой ; растительность же - это растительные сообщества (фитоценозы) определенной территории или Земли в целом. Аналогично, видовой состав животных - называют фауной , а всех животных, обитающих на какой-либо территории, - животным миром.
Биосфера, как особая оболочка Земли сформировалась в процессе эволюции. Миллиарды лет геологической истории увеличивалось разнообразие живых организмов, усложнялась их организация, возрастала их общая масса и влияние на все оболочки. Растения изменили состав атмосферы: обогатили её кислородом и уменьшили содержание углекислого газа. Химический состав океанских вод сформирован и в значительной степени при фильтрации воды живыми организмами. Большое влияние оказали живые организмы на литосферу. Они принимают активное участие в процессах выветривания, в создании органогенных горных пород (известняков, каменного угля, торфа, по одной из теорий, нефти и др.), а также некоторых форм рельефа, например коралловых островов (атоллов), термитников. Велика роль живых организмов в создании особого природного образования - почвы.
Развитие жизни шло неравномерно. Некоторые виды (например, сине-зеленые водоросли) сохранились с архея до наших дней; другие дали начало возникновению сложных форм живого, вплоть до человека; многие вымерли, не сумев приспособится к меняющимся условиям среды. За всю историю биосферы существовало примерно 500 млн. видов, а в настоящее время их только около 2 млн. видов. Удивительно высока потенциальная возможность размножения живых организмов, и приспособляемость их к условиям среды. Микроорганизмы были обнаружены в исландских гейзерах, имеющих температуру 93 °c. Споры некоторых бактерий сохраняют жизнеспособность при температуре -253 °c. Чтобы захватить всю поверхность планеты, холерной бактерии при благоприятных условиях хватило бы 1,2 суток, комару - 203 дня, а крысе - 8 лет; потомство одного одуванчика через 10-12 лет покрыло бы всю сушу.
Максимальная плотность живого вещества (свыше 90 % общей биомассы) отмечается на поверхности суши, главным образом в тропических лесах (до 500 т/га); минимальная - в высокогорьях, пустынях и полярных областях; в пределах гидросферы биомасса концентрируется в поверхностном (планктонном) слое зоны морского мелководья. Число видов животных (1,5 млн) много больше, чем растений (около 500 тыс.), но по массе вещества растения в тысячу раз превышают массу животных. На суше биомасса растений значительно больше биомассы животных, в океане, наоборот, по массе преобладают животные.
По условиям обитания в органическом мире океана выделяют планктон - пассивно плавающие в воде и не имеющие двигательного аппарата растения (фитопланктон - 70 % биомассы) и животные (зоопланктон); нектон - активно плавающие животные (рыбы, плавающие моллюски, китообразные и др.) и бентос - растения и животные живущие на дне. Общие закономерности географического распределения живого вещества в Мировом океане таковы: в тропиках мала биомасса (менее 0,01 кг/т 2), поскольку в теплой воде содержится недостаточное количество кислорода, но велико видовое разнообразие. Повышенная биопродуктивность и биомасса (до 0,5 кг/м 2) свойственны районам подъема холодных глубинных вод (зоны апвеллинга) у западных побережий материков; районам расходимости поверхностных течений (зоны дивергенции) в восточных частях Атлантического, Индийского и Тихого океана в умеренных и субтропических широтах. В холодных водах на севере Тихого океана, на стыке Атлантического и Северного Ледовитого биомасса достигает 2 кг/м 2 , но видовое разнообразие невелико.
Распределение биомассы на суше , в целом, обратно океаническому и важнейшими определяющими факторами здесь являются - количество приходящей солнечной энергии и соотношение тепла и влаги. Количественно это соотношение выражается различными коэффициентами, например, радиационным индексом сухости (отношением радиационного баланса к количеству тепла, необходимому для испарения годовой суммы осадков). Максимум биомассы и видовое разнообразие приходится на влажные экваториальные леса, по мере движения к полюсам биомасса и видовое разнообразие снижается. Однако на этом пути наблюдается еще два пика повышения биомассы (вечнозеленые субтропические леса и смешанные и широколиственные леса умеренного пояса), приуроченных к районам, где тепло и влага сбалансированы, т. е. индекс сухости близок к единице.
Биомасса Земли составляет 1,8 х 10 12 т сухого вещества и неизмеримо мала по сравнению с массой Земли (около 6 х 10 27 т). Однако роль живого вещества огромна. Основные его функции - использование солнечной энергии фотосинтезирующими организмами и биологический круговорот вещества и энергии, который обеспечивает динамику всех жизненных процессов. Сущность круговорота сводится к двум противоположным процессам: созданию органического вещества и его превращению в дальнейшем в простые минеральные вещества. Эти процессы состоят из трех главных этапов: создания в результате фотосинтеза с использованием солнечной энергии органического вещества первичной продукции (при этом выделяется кислород), превращения первичной (растительной) продукции во вторичную (животную), разрушения первичной и вторичной биологической продукции. По способу участия в биологическом круговороте организмы делятся на 3 большие группы: 1) продуценты - производящие органическое вещество из неорганического, в основном это растения; 2) консументы - питающиеся органическим веществом - все животные, грибы, часть дробянок; 3) редуценты - микроорганизмы и грибы, превращающие продукты жизнедеятельности организмов и погибшие организмы в простые неорганические соединения, которые усваиваются из почвы высшими растениями. Ряды видов растений, животных, микроорганизмов и грибов, связанных друг с другом отношениями "пища - потребитель" образуют пищевые цепи или цепи питания. По этим цепям передаются вещество и энергия, а в ряде случаев и вредные и опасные химические соединения, концентрация которых на каждом следующем уровне увеличивается. Иногда это порождает экологические проблемы, а порой приводит и к гибели людей, потребляющих в пищу организмы, накопившие токсины.
Воздействие человека на биосферу возрастает и существенно затрагивает все ее составляющие. Человек создал десятки тысяч новых сортов растений и пород животных, ускоряет эволюцию видов в природе, обогащает природные сообщества путем акклиматизации живых организмов, повышает плодородие почв. В 30-40 годы XX века В. И. Вернадским выдвинуто понятие о ноосфере как о новом состоянии биосферы, при котором главным определяющим фактором ее развития становится разумная деятельность человека. Однако последствия этой деятельности неоднозначны, часто приводят к интенсивному уничтожению естественной растительности, животных, ухудшению условий обитания живых организмов, разрушению почв в результате эрозии и т. д.
В Красную книгу внесено более 320 видов млекопитающих, около 500 видов птиц и около 200 видов рыб, более 680 видов сосудистых растений, находящихся под угрозой исчезновения. Многие виды истреблены полностью. Это, например, странствующий голубь, морская корова, птица дронт. Около 4,5 млн. км 2 или 3% территории планеты занято сейчас так называемым антропогенным бедлендом - землями, подверженными эрозии, засолению, заболачиванию и другим негативным процессам, спровоцированным деятельностью человека. Все это в конечном счете ухудшает условия жизни самого человека, порою делая их просто непригодными. Поэтому охрана биосферы, разумное использование ее богатств - одна из важнейших проблем современности.
