влагооборот

Влагооборот охватывает такие процессы: испарение влаги с поверхности суши (особенно с поверхности океана), конденсацию водяного пара и ее превращения в осадки вследствие неупорядоченного и упорядоченного вертикального перемещения в атмосфере, выпадения влаги и ее возвращение в океан через реки и подземный сток. Этот круговорот воды в природе происходит непрерывно.

Под действием солнечной энергии ежегодно с поверхности Мирового океана испаряется около 453 тыс. Км3 воды. Из этого количества примерно 412 тыс. Км3 попадает обратно в океан в виде осадков. Остальные - 41 тыс. Км3 - переносится в системе циркуляции атмосферы на сушу. Кроме того, с поверхности суши, а также озер, рек, из растительного покрова испаряется около 73 тыс. Км3 воды. В целом в виде осадков над сушей выпадает около 114 тыс. Км3 воды, а превышение количества осадков над испарением - примерно 41 тыс. Км3 - возвращается обратно в Мировой океан через речной сток * Этот цикл влагооборота (испарение - осадки - сток) является замкнутым. Вероятны отклонения баланса влаги в этом цикле могут быть связаны с накоплением влаги, которая выпадает в Антарктиде и Гренландии в виде снега и льда. Однако в ближайшем временном промежутке отток воды из Антарктиды и Гренландии в виде айсбергов и накопления осадков, очевидно, будут компенсировать друг друга.

Остальные - около 40 тыс. Км3 пресной воды - это тот резерв, которым человечество обладало, обладает и будет обладать в будущем. Если водные ресурсы использовать рационально, их хватит человечеству (при средних масштабов потребления 1 тыс. М3 и воды в год) примерно для 20 млрд чел.

Живое вещество

В своих работах Вернадский не ограничился общим описанием биосферы и выяснением ее общих закономерностей. В 1920 в Ялте, в тяжелейших условиях гражданской войны, едва оправившись после страшного сыпного тифа, Владимир Иванович записывает в дневнике "... Мне стало понятно, что я осознаю собственное предназначение - сказать человечеству новое в том учении о живом веществе, которое создаю, и что это мое призвание, моя обязанность ".

Представление о живом веществе кардинально изменило научное мировоззрение Вернадского. С 1916 года он начал просматривать все основные представления науки. Если раньше считалось, что живет является продуктом осложнения инертной материи Земли, то позже ученый признал, что это утверждение не обосновано. Осмыслив весь гигантский опыт естествознания на новом витке, он создал новую картину развития Земли.

В основу этой картины развития Земли как космического тела необходимо было положить какую-то исходную гипотезу, которая фиксировала факт становления жизни на нашей планете. В. Вернадский не работал специально над проблемой возникновения жизни, ограничиваясь констатацией факта, он называл эмпирическим обобщением: жизнь на Земле возникла - и это эмпирический факт. Его он и положил в основу своей реконструкции. Более того, В. Вернадский был уверен, что жизнь на Земле имеет очень древнее происхождение. Согласно его предположениям, возникновения Земли как комического тела, произошло около 4-4,5 миллиардов лет назад, и появление на ней жизни произошло по космическим масштабам почти одновременно. Еще одна интересная мысль - "количество жизни" является величиной постоянной. Согласно такой установки живой состояние материи признавался главным, определяющим ее состоянием.

Взяв за основу тот факт, что жизнь, так или иначе, на Земле возникла, Вернадский приходит к определению понятия живого вещества. В книге "Живое вещество" Владимир Иванович писал: "Я буду называть живым веществом совокупность организмов, участвующих в геохимических процессах. Организмы, образующие совокупность, являются элементами живого вещества. При этом мы будем обращать внимание не на все свойства живого вещества, а только на те, которые связаны с его массой (весом), химическим составом и энергией. В таком употреблении «живое вещество» является новым понятием в науке. Я сознательно не выискиваю новый срок, а употребляю старый - "живое вещество", придавая ему не совсем привычного строго определенного содержания ".

В то время не существовало и не существует до сих пор ни одного доказательства происхождения живого вещества из неживой. Между этими двумя состояниями материи не обнаружено никаких переходов, которые вели бы от инертного состояния к одухотворенного. Увеличивается, наоборот, количество доказательств обратной направленности - образования структур земной коры от веществ, которые являются остатками живых организмов. Не только горные породы и ископаемые, но и атмосфера планеты (а есть мнение, что и гидросфера) полностью продуктом биосферы, результатом жизнедеятельности животных, растений, бактерий. Через так называемые биогеохимические циклы - круговорот химических элементов в земной коре, ускоряется благодаря живым организмам, запускается в действие весь механизм геологических наледь в земной коре. Связь эта зачастую не явный, а завуалированный, но, обнаружив достаточное настойчивость, исследователи всегда могут выявить первопричину - чаще химическое воздействие одного или нескольких организмов в течение длительного промежутка времени. В земной коре невозможно отыскать слои, свободные от влияния живого вещества. Сегодняшнее состояние биосферы свидетельствует о ее прошлом. Земля была живой всегда. Живое вещество прошлого неразрывно связана по времени с нами самими.

Какой же смысл вкладывал В. И. Вернадский в понятие "живое вещество"? Под "живым веществом" он понимал прежде всего совокупность организмов - растений животных, микроорганизмов, людей.

Все организмы делятся на автотрофные н гетеротрофные. Автотрофные организмы независимые от внешних источников органического вещества; они могут создавать необходимые органические вещества из неорганических элементов. Энергию, необходимую для синтеза, автотрофные организмы получают благодаря солнечному излучению (фотоснитезий автотрофия) или в процессе химических реакций.

Гетеротрофные организмы зависят от наличия внешнего источника органического вещества, потребляя его из среды обитания. Они не могут синтезировать органическое вещество из неорганических компонентов.

Рассматривая живом веществе как целостность, ученый предложил выражать Ее показатели количественно, то есть определить вес компонентов, баланс энергии, характер пространства, ей соответствует, в атомном (элементном) составе. Иначе говоря. Вернадский считал нужным определить количественные критерии, величины, числа, которые описывали качественную совокупность живых организмов. Каждый организм и группировок организмов можно представить как определенные ^ поля атомов ", которые взаимно переплетаются и проникают друг в друга, связаны биогенной миграцией с атомными полями природных систем более высоких порядков: биогеоценозов, эколого-биосферных регионов, биосферы в целом.

В результате всех этих сложных взаимодействий формируется неоднородная геохимическая структура биосферы. В сфере жизни - «живого вещества», в понимании В. и. Вернадского, - постоянно, с древнейших геологических времен, задействовано атомы (химические элементы), связанные с ней Жизнь "не выпускает" их далеко за свои пределы: временно втишаючии из круговорота одних веществ, они увлекаются другими организмами, вовлекаются в новые циклы, новые группировки атомов. Мы не знаем ни начала, ни конца этому вечному движению, связанного с жизнью потока вещества ии энергии. И сама живое вещество в целом выступает в геологической истории планеты как непрерывный единый интегральный поток живых организмов, как мощная геологическая сила, в корне меняет саму Землю. Энергетическим источником этого мощного потока жизни во все времена была солнечная энергия. В. И. Вернадский предложил принципиально новую научную методологию - "атомного среза" живого вещества, изучение биогеохимических закономерностей "поля Жизнь". Это сразу же поставило биогеохимию - науку об изучении живого вещества, создателем которой был В. И. Вернадский, -в ряд точных наук о биосфере, где получили развитие количественные методы исследований. Но живое вещество нуждалась среды для своего развития. Необходимо было научно определить его размеры, свойства, структуру и функции. Таким "средой обитания", включавшее сама жизнь, и стала биосфера, которую открыл для своих современников В. И. Вернадский.

Живое вещество существует только в форме биосферы большого тела, отдельные части которого выполняют функции по взаимной поддержки и взаимного доповненння, словно предоставляя друг другу услуги с целью поддержания жизни. Если есть организмы, накапливающие некоторые вещества, должны быть для поддержания равновесия организмы с противоположной биогеохимической функцией, то есть такие, которые раскладывают данное вещество на простые минеральные составляющие, запуская их снова в круговорот. Если есть бактерии, которые окисляют, значит, должны быть - и они всегда есть - бактерии, восстанавливающие. Один или несколько организмов выжить на Земле в течение даже непродолжительного промежутка времени не смогут. На большом космическом корабле, который называется Земля, если и есть что-то неизменное, то это функция живого. И Вернадский вполне естественно считал константной величиной количество атомов, захваченных в жизненный круговорот, точнее говоря, то количество, которое колеблется у какой средней величины. И так было всегда. По расчетам Вернадского, скорость захвата организмами пространства по геологическим меркам мгновенная: для бактерий сравнима со скоростью звука в воздушной среде. И даже самая крупная из существ, которая медленнее размножается по сравнению с другими животными (а это слон), способна сделать это только за 1300 лет, то есть в геологических масштабах тоже мгновенно.

Ярким примером неизменности организмов на протяжении всей истории биосферы являются так называемые прокариоты, или дробьянкы, которые упорно не желают эволюционировать.

В отличие от всего остального живого мира, в их клетках не ядра. Несмотря на такую примитивность, а может благодаря ей, прокариоты настолько вездесущи, что "встроенные" почти в каждую химическую реакцию, что происходит на поверхности. Они везде: в так называемой коре выветривания, в недрах, в горячих источниках, в воде, в вулканических выбросах. На каком-либо участке реакции содержится живое вещество, которая превращает геохимическую картину на биогеохимическую, производя некоторую необратимость этих реакций и приводя их к какому-либо результату. А поскольку скорость деления этих прокариот огромная, то и плоды их биогеохимической деятельности впечатляющие. Рассмотрим, например, запасы руд Курской магнитной аномалии. Везде, где наблюдается повышенное содержание какого-либо химического элемента по сравнению со средним его содержанием в земной коре, среди причин, как правило, следует искать живое вещество, чаще прокариот, или, иначе говоря, литотрофни бактерии. Литотрофы (на русском языке - каменеиды) имеют другой основной способ питания - минеральный, или хемосинтетических, в отличие от фотосинтетического. Переводя минеральные соединения из одной формы в другую, они добывают при этом энергию, и поэтому и не нуждаются ни в солнечной энергии, как растения, ни другой органического вещества, как животные.

Литотрофы по своим морфологическим особенностям и экологией столь непохожие на другой живой мир, образовали отдельное надцарство живой природы. Между ним и другим (эукариотических) живым миром такая же бездонная пропасть без всяких переходов и промежуточных форм, как и между живой и неживой материей. В то же время прокариоты - вполне самостоятельные организмы. их группировки способны выполнять в биосфере все необходимые функции. Таким образом, фактически возможна биосфера, состоящая из одних только прокариот. И, вполне возможно, что такой она и была в прошлых, бывших биосферы.

Сами литотрофы и сине-зеленые, которые также относятся к надцарства прокариот, является веществом бессмертной и такой, не эволюционирует. их точное штамповки без изменений в течение всей пропасти времени существования биосферы - загадка для эволюционистов. Как замечает Г. П. Аксенов, прокариоты символизируют собой некоторый особый тип эволюции, где организм нельзя рассматривать отдельно от среды, ведь сами организмы не меняются, а меняют вследствие своей жизнедеятельности окружающую среду. Кстати, такой может быть и эволюция человека: морфологически она остается неизменной, а катит впереди себя громадье цивилизации, постоянно растет. Человечество изменило облик Земли решительно и бесповоротно. Существование "прокариотической биосферы" доказывает прежде всего ее вечность в понимании Геттона и Вернадского. Геология и палеонтология вместе с другими дисциплинами на наших глазах подтверждают тезис Вернадского о вечности и космичность жизни, о ежедневную живую сущность планеты. Скорость передачи жизни не является простым выражением свойств атомных организмов или их совокупностей - живых веществ; она выражает их размножения как планетное явление соответствии с законами биосферы. В выражение этой скорости неизбежно входят элементы планеты - величина ее поверхности и ее экватор. Далее Вернадский в "среди явлений размножения" выделяет три главных эмпирические обобщения:

1) размножения всех организмов выражается геометрической прогрессии: процесс кажется бесконечным, как бесконечная сама прогрессия;

2) растекания живого вещества подчиняется правилу инерции. Можно считать эмпирически доказанным, что процесс размножения задерживается в своем проявлении только под действием внешних факторов: он замирает при низких температурах, прекращается или ослабляется, когда не хватает пищи и воздуха для дыхания, когда не хватает жизненного пространства для существования вновь организмов;

3) каждому организму присущ свой собственный темп размножения, который зависит, от его размеров. Микроорганизмы, то есть организмы, которые имеют меньший вес, размножаются гораздо быстрее, чем крупные организмы, то есть организмы, имеют больший вес.

В "Биосфера" Вернадский вычислил размеры поверхности биосферы, то есть поверхности листьев, травы, организмов. Она грандиозно превышает всю геометрическую земельную площадь. Земная поверхность планеты колеблется в зависимости от сезона в пределах 5-10,0-2,5510п кв.км. На первый взгляд, кажется, что исчисленная таким образом поверхность - то слабое, эфемерное, ведь листья деревьев сегодня живет, а завтра опали, облетели. Но приходится признать, что эти "эфемерные поверхности" выполняют в биосфере гигантскую работу. За год живое вещество биосферы пропускает через свои тела массу атомов около +1025 граммов, что превышает по массе вес земной коры до глубины примерно 16 километров от поверхности геоида. Вещество поверхности планеты, как утверждает автор "Биосферы", не просто перелопачивается, а насыщенная энергией солнечных лучей, идет в недра, и оттуда поступает метаморфизованы, такой, что прошла горнило давлений и температур.

Общую массу живого вещества на Земле Вернадский подсчитал в 1927 году. Он писал: "Живое вещество по весу составляет ничтожную часть планеты. Очевидно, такое соотношение наблюдается в течение всего геологического времени, то есть геологически вечным. Она сосредотачивается в тонкой, более или менее сплошной пленке на поверхности суши ии в тропосфере - в полях и лесах - и пронизывает всю толщу океана. Количество ее исчисляется долями, не превышающими десятых долей процента биосферы по весу, около 0,25%. На суше она проникает в виде больших скоплений на глубину в среднем вероятно, менее 3 км. Вне биосферы ее нет ". Однако эта величина оказалась завышенной. С тех пор различные исследователи каждый по-своему оценивали биомассу на Земле ии получали различные величины.

Распределение биомассы в высотном и горизонтальном диапазонах существенно неоднороден. Очень характерно распределение в пространстве самой биомассы органического вещества планеты. Прежде всего, отметим несоответствие между общей биомассой растений и животных: фитомасса составляет 98 (по некоторым подсчетам - до 99) процентов органического вещества, а зоомаса - остальные. В широколиственных лесах умеренной зоны на гектар приходится в среднем 100 тонн сухого вещества растений, не считая веса их подземных частей; позвоночных же животных - не более 10 килограммов. Примерно же такое соотношение и в тайге. В степи и пустынях биомасса растений превышает биомассу позвоночных животных в 100 раз. Основная зоомаса сосредоточена в почве. Подсчитано, что общий вес почвенных бактерий достигает +10000000000 тонн. В каждом грамме лесной почвы, кроме 100000 водорослей, одного миллиона плесневых грибов, актиномицет, есть несколько миллиардов бактерий. И все они живут, размножаются, погибают, влияют друг на друга, зависят друг от друга, от абиотических факторов, в свою очередь, сами влияя на факторы среды, создавая их.

В экваториальных роскошных дождевых лесах Африки деревья растут несколькими ярусами. Под ними - густые заросли бамбука, папоротников, недоступные для животных. Даже змеи не рискуют селиться в этих зарослях. Несомненно, такой лес имеет огромное биомассу. 500 тонн сухого вещества на гектар - это не предел. Для Бразилии называют цифры 1500 и даже 1700 тонн (для сравнения: в тундрах - 12, а в широколиственных лесах умеренной зоны - до 400 тонн). 150-170 килограммов фитомассы на каждый квадратный метр. В африканских засушливых саваннах (разреженный травяной покров, подавлены кустарники), в пампасах, на горных лугах вес фитомассы растений на гектар составляет 120-150 тонн.

Наиболее впечатляющими, наверное, показатели производительности будут в некоторых водно-болотных биоценозах, расположенных в южных районах нашей полушария. Плодородные почвы, значительная сумма годовых температур, достаточное количество влаги вызывают очень высокую производительность фитоценозов в дельтах южных рек, в лагунах и эстуариях. Она составляет 20-25 тона сухого вещества с гектара в год. А богатырь - сахарный тростник - за год успевает накопить до 78 тонн фитомассы на гектар, явно соревнуясь с тропическими лесами.

Рекордсмены производительности на Земле - заросли долинного забора с деревьев и трав, которые еще сохранились в дельтах Миссисипи, Параны, Ганга, вокруг озера Чад и в некоторых других районах. Здесь за год на гектаре образуется до 300 тонн органического вещества. Нет смысла углубляться в экологическую статистику. Общая тенденция понятна: о-продуктивность биоценозов увеличивается с севера на юг по направлению к экватору, что связано с ростом температур, осложнением фитоценозов и т.д. Большую роль во всех вышеприведенных примерах играют качество почв и обеспеченность водой.

Зоны жизни в океане классифицируются по глубинам и средой обитания. Наиболее мелководной является приточная зона, которая располагается вдоль побережья в пределах приточных изменений уровня океана. Мелководный часть океана, которая находится на шельфе, то есть в пределах глубин до 200 м, известная как Неритическая зона. Океаническая зона охватывает пространство от края шельфа до самых глубоких впадин. Кроме того, океан делится на освещаемую солнечным светом фотнчну (световую) зону и афотичну (неосвещаемые) зону, где царит вечный мрак. Глубина фаллической зоны зависит от прозрачности вод и может колебаться от 100 м на видстаниьвид берегов до нескольких метров в прибрежных районах.

На дне или в донных отложениях живут организмы, которые называются бентосными. Организмы, щоьживуть в толще вод, называют пелагическими. Пелагические организмы в зависимости от их способности перемещаться делятся на планктон (дрейфует вместе с потоком воды) и нектон (активные пловцы). Поскольку пелагические организмы могут перемещаться в трех измерениях, проблемы рассеяния для них не существует. В то же время организмы, которые живут на дне или в донных отложениях, имеют очень ограниченные возможности для перемещения. Конечно, в приточной зоне, на скалистом побережье, все пригодные для существования места плотно заселены. Там, где существует борьба за пространство, все возможные для заселения поверхности быстрее захватывают группировки организмов.

Разнообразие жизни в океане чрезвычайно велика. Организмы классифицируют на виды, роды, отряды, классы и типы. Многие организмы имеют минерализованные скелеты, которые состоят из карбоната кальция, кремния или фосфата кальция. Эти соединения, входящие в состав водорослей, составляют значительную часть отложений карбоната кальция в тропической неритовой зоне.


Все живое в океане, безусловно, зависит от фотосинтезирующих автотрофов - морской растительности. Используя солнечный свет для фотосинтеза, растения превращают неорганические компоненты морской воды на органические соединения. Морские растения является первоисточником всех питательных веществ в океане. Поскольку их существование ограничено световой зоной, донные растения могут существовать только в мелководных районах. Поэтому большинство морских растений входят в состав планктона, точнее, фитопланктона. Наличие биогенных элементов, таких как нитраты и фосфаты, лимитирует скорость роста растений Поскольку в воде, окружающей растительные клетки, биогсны быстро истощаются, растения должны перемещаться в воде или с помощью жгутиков, или погружаясь вглубь. Фитопланктон состоит из диатомовых, коколитофорид и перидиней, а фитобентос представлен водорослями, принадлежащих к разным типам.

Большую часть клеток растительного планктона составляет вода. Высушивания 100 м влажного фитопланктона дает от 8 до 20 г сухой растительного вещества. Этот сухой остаток представляет собой смесь органического вещества и минеральных скелетиков из кремния и известняка. Количество минеральных веществ зависит от типа водорослей и стадии их развития.

Органическое вещество фитопланктона включает в себя 25-65% протеина, 2-10% жиров и 0-35% углерода. Итак, фитопланктон состоит в основном из углерода, кислорода и водорода. Кроме того, органическое вещество фитопланктона содержит значительное количество азота и фосфора. Около 8% сухого органического вещества приходится на азот и 1% - на фосфор. Таким образом, на каждый атом фосфора приходится 15 атомов азота и 100 атомов углерода.

Среди морских животных насчитывается более 15 тылов представителей, их размеры колеблются от микроскопических одноклеточных до китов - крупнейших среди существующих животных. Распространение морских животных ограничивается только достаточным количеством пищи и кислорода, поэтому животные живут на всех глубинах от поверхностного слоя до дна глубоких океанических впадин, а также населяющих дно или верхние слои донных отложений.

Многие планктонные животные имеют известковые и кремниевые скелетики, которые, попадая на океаническое дно, образуют мягкие отложения, так называемый ил. Среди планктонных организмов всего представителей членистоногих, тогда как в бентосе преобладают моллюски и иглокожие. Наиболее активные пловцы принадлежат к типу хордовых. К этому забору относятся также бесчелюстные, хрящевые и костистые рыбы, а также морские млекопитающие;

Большинство морских животных дышат кислородом, растворенным в воде. Более высокоорганизованные животные имеют жабры, которые обеспечивают обмен кислородом и углекислым газом между циркулирующей в теле животных жидкостью и морской водой. Так как млекопитающие дышат атмосферным воздухом, то они должны всплывать на поверхность, чтобы выдохнуть углекислый газ и вдохнуть кислород.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >