Состав и границы биосферы

Абиотическая часть биосферы представлена почвами и подстилающими ее породами, в которых еще есть живые организмы; атмосферным воздухом, до высот, где еще есть проявления жизни и водной средой гидросферы.

Биотическая часть состоит из живых организмов, осуществляющих обмен веществом между всеми частями биосферы.

Атмосферный воздух представляет собой смесь газов, различной природы, имеющих для живых организмов первостепенное значение.

Основной состав воздуха практически одинаков во всех местах земного шара и характеризуется следующими значениями по объему:

азот (N₂) – 78, 1%, кислород (O₂) – 20, 85%, аргон (Ar) – 0, 93%, углекислый газ (CO₂) – 0, 03%; на долю остальных компонентов – неон, криптон, ксенон, гелий, озон, водород и др. приходится не более чем 0, 087% объема воздуха.

Кроме того, воздух имеет в своем составе примеси (микрогазы) природного и антропогенного происхождения, их также называют загрязнителями.

Происхождение газов, входящих в состав атмосферного воздуха:

Азот (N₂) имеет в основном вулканическое происхождение и для большинства организмов он является нейтральным. Только лишь некоторые организмы: клубеньковые бактерии, актиномицеты, сине-зеленые водоросли способны усваивать молекулярный азот и превращать его в нитратную форму, доступную для растительных организмов, и небольшая часть его в процессе разложения детрита микроорганизмами поступает в атмосферу.

Кислород (О₂) – образуется в процессе фотосинтеза растительных организмов, расходуется в процессах дыхания живых организмов, окисления различных отходов, сжигания топлива. В течение последних 50 лет израсходовано столько же кислорода, сколько за миллион лет тому назад. Хотя эта величина составляет сотые доли от общего количества кислорода, но такая скорость расходования его вызывает опасения. Основной причиной является сжигание большого количества топлива в энергетике, промышленности, автотранспорте, вырубка лесов, снижение фотосинтеза из-за загрязнения окружающей среды и другие факторы.

Углекислый газ (СО₂). Главные источники поступления углекислого газа в атмосферу: вулканизм, почвенные процессы, дыхание живых организмов, сжигание ископаемого топлива, окислительные процессы, расходуется же он в основном в процессе фотосинтеза.

Углекислый газ накапливается в недрах Земли, в Океане. В Океане его в 60 раз больше, чем в атмосфере. Он хорошо растворяется в холодной воде и улетучивается в теплой. Океан действует как насос, на полюсах он поглощает СО₂, а на экваторе выдувает его.

В настоящее время количество углекислого газа в атмосфере растет, что вызывает большое беспокойство, т. к. это основной парниковый газ. С середины 19-го века количество углекислого газа в атмосфере увеличилось ~ на 25% из-за вырубки лесов, сжигания топлива, загрязнения экосистем.

Инертные газы (аргон, ксенон, криптон, неон и другие) поступают в атмосферу в основном в процессе вулканической деятельности и на биологические процессы в основном не оказывают воздействия.

В состав атмосферы входят также аэрозоли. Аэрозоли – это мельчайшие твердые и жидкие частицы, распыленные в воздухе, Они имеют естественное и антропогенное происхождение. Аэрозоли образуются в результате выветривания горных пород, почв, вулканизма, стихийных пожаров и т. д. Атмосферная пыль способствует конденсации паров, а следовательно образованию облаков, поглощает и отражает солнечную радиацию.

Почвы являются главным компонентом биосферы, именно они обеспечивают питание биогенными веществами растения, которые кормят весь мир консументов.

Почвы на земле разнообразны и их плодородие тоже.

Почва имеет сложный профиль в разрезе и состоит из нескольких слоев, которые формируются в результате передвижения и превращения в ней веществ. Верхний слой называют плодородным слоем почвы или гумусовым.

Главные факторы плодородия:

· процентное содержание гумуса в гумусовом слое;

· мощность (толщина) гумусового слоя;

· химический состав почв – содержание химических элементов, биогенных веществ, микроэлементов;

· механический состав, т.е. крупность частиц, способность к склеиванию частичек почвы (лучшей способностью к склеиванию обладают почвы, богатые гумусом);

· микробиологическая активность: микроорганизмы преобразовывают химические элементы в доступную для растений форму.

На формирование различного типа почв влияют следующие почвообразующие факторы:

· климат;

· растительность, животные, микроорганизмы, характерные для данной климатической зоны;

· рельеф;

· почвообразующие породы (породы, на которых сформировались почвы).

Поскольку климатические условия не одинаковы, то и почвы отличаются большим разнообразием и зональностью. Наиболее оптимальные условия для формирования почв в зоне луговых степей, где при сравнительно ровном рельефе выпадает достаточное количество осадков (500 – 600 мм/год), обильно развивается травянистая растительность, имеющая небольшой жизненный цикл – 1-3 года. Поэтому постоянно с отмиранием наземной и корневой системы в почву возвращается значительная часть биомассы.

В лесной зоне древесная растительность имеет многолетний жизненный цикл и потребляет больше питательных веществ из почвы, чем возвращает их с опадом. Почвы этой зоны содержат меньше гумуса и имеют меньшей мощности гумусовый слой.

Выпадающие осадки определяют водный режим почв и влияют на почвообразовательный процесс:

промывной водный режим – большое количество осадков промывает почву до грунтовых вод, что приводит к интенсивному вымыванию продуктов почвообразования;

периодически промывной водный режим – характеризуется чередованием ограниченного промачивания почв в засушливые годы и промывания почвы во влажные годы;

непромывной водный режим – влага в почве находится в форме пара, распределяется только в верхних горизонтах и не достигает грунтовых вод (самый благоприятный режим для почвообразовательного процесса).

выпотной режим – проявляется в полупустынной, пустынной и степной зоне, где характерно преобладание восходящих потоков влаги в почвах и испарение теоретически значительно превышает количество осадков.

Всего в мире выделяют более 100 типов почв, только в Украине их более 40 типов.

К основным типам почв относятся следующие:

Подзолистые почвы сформировались при промывном водном режиме, распространены в таежной зоне, полесье, содержание гумуса в них не более 1-3%, мощность гумусового слоя – до 20 см.

Серые лесные почвы распространены в лесостепной зоне, сформировались в условиях периодически промывного режима, почвы богатые, гумуса в них до 4-8%, мощность гумусового слоя – 40-50 см.

Бурые лесные почвы сформировались в условиях промывного режима, распространены в зоне широколиственных лесов в Карпатах, Закарпатье, в западной Европе, содержат гумуса до 1-5%, мощность гумусового слоя – до 20 см.

Черноземы (самые богатые почвы мира) сформировались в условиях непромывного режима, распространены в зоне луговых степей. Около 60% мировых черноземов приходится на Украину и Россию, остальные – распространены в Канаде, имеются небольшие участки в Болгарии, Румынии и других странах. Черноземы резко выделяются среди остальных типов почв. Они имеют темный цвет, содержат гумуса до 8-10%, а в некоторых случаях его содержание достигает 20%, мощность гумусового слоя – 50-120 см, а иногда достигает 200-250 см.

Многие ученые задавались вопросом, что же повлияло на образование таких уникальных почв, и были сделаны выводы, что черноземы образовались под влиянием всех факторов почвообразования в комплексе. Наибольшее богатство Украины – это черноземы.

Каштановые почвы распространены в зоне сухих степей на юге Украины, Молдавии, формируются в условиях непромывного режима, содержание гумуса до 3-8%, мощность гумусового слоя достигает 50-80 см. Из-за выпадения небольшого количества осадков в этих зонах, бывают значительные недоборы урожая, требуется орошение.

Красноземы и желтоземы – почвы влажных субтропиков, сформировались в условиях промывного режима, распространены в Закавказье в Китае, Японии, гумуса – до 5-6%, мощность гумусового слоя – до 20 см.

Коричневые почвы сухих субтропиков сформировались при непромывном режиме, распространены на юге Европы, севере Африки, юге Крыма, гумуса содержат до 4%, мощность гумусового слоя – до 4%.

Красные, желтые, оранжевые почвы (имеют такой оттенок цвета из-за присутствия в них соединений железа) формируются при промывном режиме, в условиях обильных осадков (до 2000 мм/год) и высокой температуры, в зоне дождевых тропических лесов. Эти почвы бедные, маломощные, содержание гумуса в них до 1%, мощность гумусового слоя – до 7 см.. Это объясняется тем, что отмирающая биомасса при таких климатических условиях быстро разлагается микроорганизмами и вовлекается в биологический круговорот.

Сероземы – почвы пустынь и полупустынь формируются привыпотном режиме, содержание гумуса до 1%, мощность гумусового слоя до 5-10см, требуют постоянного орошения.

Живые организмы, населяющие биосферу, составляют живое вещество планеты. Взаимодействие воздуха, воды, горных пород и живых организмов обусловило формирование почв и осадочных пород.