Биосфера

6. Биосфера

Важнейшая особенность Земли как планеты — наличие биосферы — оболочки, состав, строение и энергетика которой в существенных чертах обусловлены деятельностью живых организмов. Границы её понимаются различно, в зависимости от подхода к её изучению. Наиболее полно значение этой оболочки выявлено в учении о биосфере, созданном В. И. Вернадским. Биосфера включает в себя не только область приповерхностного сосредоточения современной жизни, но и части др. геосфер, в которые проникает живое вещество и которые преобразованы в результате его былой деятельности. Таким образом биосфера объединяет не только живые организмы, но и всю среду их современного и былого обитания. По В. И. Вернадскому, эта «сфера жизни» объединена биогенной миграцией атомов. Живое вещество реально проявляется в виде отдельных (дискретных) живых организмов, различающихся составом, строением, образом жизни и принадлежащих к различным видам. На Земле существует (по разным данным) от 1,2 до 2 млн. видов животных и растений. Из них на долю растений приходится примерно ^¼ или ¹/₃ общего числа видов. Из животных по числу описанных видов первое место занимают насекомые (около 750 000), второе — моллюски (по разным данным, от 40 000 до 100 000), затем идут позвоночные (60 000—70 000 видов). Из растений на первом месте — покрытосеменные (по разным данным, от 150 000 до 300 000 видов), затем грибы (от 70 000 до 100 000 видов). Числом видов растений и животных измеряется богатство флоры и фауны. Однако обилие видов ещё не означает обилия особей, так же как и бедность флоры и фауны видами может сопровождаться чрезвычайным обилием особей. Поэтому для характеристики растительности и животного мира, в отличие от флоры и фауны, пользуются понятиями биомассы (общей массы организмов) и биологической продуктивности — способности организмов к воспроизводству биомассы в единицу времени (на единицу площади или объёма местообитания). По биомассе организмы распределяются иначе, чем по числу видов: биомасса растений на суше значительно больше, чем животных.

Биосфера как область наблюдаемой на Земле максимальной изменчивости условий и состояния вещества включает твёрдое, жидкое и газообразное вещество и имеет мозаичное строение, в основе которого лежат различные биогеоценозы — комплексы живых организмов и неорганических компонентов, взаимосвязанных обменом веществ и энергии. Это — единая организованная система, способная к саморегулированию.

Вещество биосферы неоднородно по структуре; оно делится на живое (организмы), биогенное (созданное живыми организмами), биокосное (результат совместного действия биологических и неорганических процессов) и косное (неорганическое). Геологическая роль живого вещества проявляется в ряде биогеохимических функций. Через посредство живых организмов (главным образом через фотосинтез) солнечная энергия вводится в физико-химические процессы земной коры, а затем перераспределяется через питание, дыхание и размножение организмов, вовлекая в процесс большие массы косного вещества. Живые организмы распространены во всех доступных им областях Земли, близких к областям термодинамической устойчивости жидкой воды (за исключением, по-видимому, областей перегретых подземных вод), и в ряде областей с температурой ниже 0⁰С. Условия среды, в которых возможно проявление жизнедеятельности организмов, — поле устойчивости жизни — расширяется с возрастанием её приспособляемости в ходе эволюции. Границы биосферы расширялись в процессе эволюции Земли не только за счёт прямой приспособляемости организмов к более суровым условиям, но и за счёт создания защитных оболочек, внутри которых возникают особые условия, отличающиеся от условий окружающей среды. Этот процесс наибольший размах принял с появлением человека, который способен существенно расширять сферу своего обитания.

IV. Географическая оболочка

Носителем наиболее своеобразных и характерных особенностей Земли является её географическая (ландшафтная) сфера, заключающая в себе несмотря на малую относительную толщину самые яркие индивидуальные черты Земли. В пределах этой сферы происходит не только тесное соприкосновение трёх геосфер — нижних разделов атмосферы, гидросферы и земной коры, но и частичное перемешивание и обмен твёрдыми, жидкими и газообразными компонентами. Ландшафтная сфера поглощает основную часть лучистой энергии Солнца в пределах волн видимого диапазона и воспринимает все прочие космические влияния. В ней же проявляются тектонические движения, обязанные энергии радиоактивного распада в недрах Земли, перекристаллизации минералов и так далее. Энергия различных источников (главным образом Солнца) претерпевает в пределах ландшафтной сферы многочисленные трансформации, превращаясь в тепловую, молекулярную, химическую, кинетическую, потенциальную, электрическую формы энергии, в результате чего здесь сосредоточивается тепло, притекающее от Солнца, и создаются разнообразные условия для живых организмов. Географической оболочке свойственны целостность, обусловленная связями между её компонентами, и неравномерность развития во времени и пространстве.

Неравномерность развития во времени выражается в присущих этой оболочке направленных ритмичных (периодических — суточных, месячных, сезонных, годовых и т.п.) и неритмичных (эпизодических) изменениях. Как следствие этих процессов формируются разновозрастность отдельных участков географической оболочки, унаследованность хода природных процессов, сохранение реликтовых черт в существующих ландшафтах. Знание основных закономерностей развития географической оболочки позволяет во многих случаях прогнозировать природные процессы.

Благодаря разнообразию условий, создаваемых рельефом, водами, климатом и жизнью, ландшафтная сфера пространственно дифференцирована сильнее, чем во внешних и внутренних геосферах (кроме верхней части земной коры), где материя в горизонтальных направлениях отличается относительным однообразием.

Неравномерность развития географической оболочки в пространстве выражается прежде всего в проявлениях горизонтальной зональности и высотной поясности. Местные особенности (условия экспозиции, барьерная роль хребтов, степень удаления от океанов, специфика развития органического мира в том или ином районе Земли) усложняют структуру географической оболочки, способствуют образованию азональных, интразональных, провинционных различий и приводят к неповторимости как отдельных регионов, так и их сочетаний.

Типы ландшафта, которые выделяются в ландшафтной сфере, различны по рангам. Наиболее крупное деление связано с существованием и размещением материков и океанов. Далее оно обязано шарообразной форме Земли и проявляется в разном количестве тепловой энергии, поступающей на её поверхность. Благодаря этому образуются тепловые пояса, распространяющиеся циркумполярно: жаркий, 2 умеренных и 2 холодных. Однако термические различия определяют собой не все существенные черты ландшафта. Сочетание сферической формы Земли с её вращением вокруг оси создают, помимо термических, заметные динамические различия, возникающие прежде всего в атмосфере и гидросфере, но распространяющие своё влияние и на сушу. Так складываются климатические пояса, каждому из которых свойственны особый режим тепла, свои воздушные массы, особенности их циркуляции и, как следствие этого, — своеобразная выраженность и ритмика ряда географических процессов: биогеохимических, геоморфологических, испаряемости, вегетации растительности, миграции животных, круговоротов органического и минерального вещества и других.

В полярных (арктических, антарктических), умеренных, тропических и экваториальном поясах в течение круглого года господствуют или преобладают формирующиеся в них одноимённые массы воздуха. Между этими поясами располагаются переходные пояса, где в течение года закономерно чередуются воздушные массы смежных поясов; это находит отражение в наименованиях переходных поясов с применением приставки «суб» (субполярные, субтропические и субэкваториальные пояса).

Членение Земли на широтные климатические пояса оказывает столь существенное влияние на прочие стороны ландшафта, что деление природы Земли по всему комплексу признаков на пояса физико-географические почти соответствует климатическим поясам, в основном совпадая с ними по числу, конфигурации и названиям. Географические пояса существенно различаются по многим признакам в Северном и Южном полушариях Земли, что позволяет говорить об асимметрии географической оболочки.

Дальнейшее выявление горизонтально-зональных различий происходит в прямой зависимости от размеров, конфигурации суши и от связанных с этим различий в количестве влаги и режиме увлажнения. Здесь наиболее резко выступает влияние секторных различий между приокеаническими, переходными и континентальными частями (секторами) материков. Именно в конкретных условиях отдельных секторов формируются разнородные участки географических поясов суши, именуемые физико-географическими зонами. Многие из них одноимённы с зонами растительности (лесная, степная и др.), но это отражает лишь физиономическую представленность растительного покрова в облике ландшафта.

Горизонтальная зональность внутри различных географических поясов проявляется по-разному. Отдельные зоны и подзоны полярных и субполярных поясов протягиваются параллельно их простиранию и сменяют одна другую циркумполярно. В умеренном поясе, который на суше развит преимущественно в Северном полушарии, широтное простирание зон свойственно только континентальному сектору. В переходных секторах простирание зон переходит в диагональное по отношению к градусной сети, а в приокеанических, особенно в их более низких широтах, зоны сменяют одна другую с долготой.

 Примерами физико-географических зон Северного полушария могут служить: в арктическом поясе — зоны ледяных и арктических пустынь; в субарктическом поясе — зоны тундры (с подзонами арктической, моховолишайниковой и кустарниковой тундры) и лесотундры; в умеренном поясе — зоны: лесная (с подзонами редколесий, нескольких типов тайги, смешанных и лиственных лесов), лесостепная, степная (с подзонами разнотравных и сухих степей), полупустынная и пустынная (с подзонами северной и южной пустынь).

В субтропических поясах смена зон происходит преимущественно с долготой; например, в субтропиках Евразии и Северной Африки с З. на В. сменяются влажные лесные субтропики, полусухие (средиземноморские) лесокустарниковые субтропики и субтропические зоны лесостепи, степей, полупустынь и пустынь. Тропические пояса выражены главным образом во внутри континентальных секторах материков. В субэкваториальных поясах в зависимости от конфигурации суши встречаются сложные сочетания членения на широтные зоны (от сухих и более влажных саванн и редколесий к муссонным лесам) и на разнородные секторные варианты ландшафта (лесные в океанических и сухосаванновые в континентальных секторах). В экваториальном поясе отмечаются преимущественно секторные различия.

В соотношениях тепла и увлажнения зон наблюдаются некоторые пространственные аналогии; так, зоны с относительным равновесием тепла и увлажнения, где тепла хватает как раз для испарения влаги, не удалённой стоком, закономерно повторяются в разных поясах (лесостепи, саванны).

Пояса, аналогичные географическим поясам суши, прослеживаются и в Мировом океане. Их положение определяется теплом, испарением, облачностью, солёностью и плотностью воды, которые в основном являются функцией радиационного баланса; господствующими ветрами и морскими течениями; вертикальной циркуляцией воды, содержанием в ней кислорода, планктона и высших организмов, а на дне также бентоса. Обычно эти условия изменяются с широтой постепенно, а морские течения, подчиняясь силе Кориолиса и в соответствии с очертаниями берегов, выходят за пределы поясов господствующих ветров и оказывают существенное влияние в др. поясах. Поэтому для определения границ географических поясов в океане более важны линии конвергенции (сходимости) основных водных масс, кромки многолетних (летом) и сезонных (зимой) льдов в приполярных областях, широтные оси центров действия атмосферы. По ту и другую сторону от этих осей ветры имеют (при господствующем западно-восточном переносе) противоположное направление.

IV. Геологическая история и эволюция жизни на Земле.