Экология конспект лекции 12

Одно из доказательств биогенного происхождения атмосферы сформулировал Джеймс Ловелок, проанализировав газовый состав атмосферы планет (табл.1).

Таблица 1. Газовый состав атмосферы (%) Земли, Марса и Венеры

(По Lovelock, 1979 с сокращениями)

Испарение и осадки в океане и перенос влаги "море → суша ", равное речному стоку, не может регулироваться биотой.

В отсутствии земной биоты, выпавшие осадки быстро перешли бы в подземные воды. Испарение, главным образом, происходило бы с поверхности рек и озер (которые составляют только 2 % поверхности суши).

Таким образом, выпадение осадков на суше полностью управлялось бы переносом влаги с океана, и приблизительно совпадало бы с речным стоком.

Транспирация влаги растениями утраивает влагооборот по сравнению с безжизненной землей.

Если бы вся солнечная энергия, поступающая на поверхность суши, была потрачена на транспирацию, водный обмен был бы в девять раз выше (пунктирный цикл). Ситуация, близкая к такому максимуму, существует в тропических лесах.

Экология, таблицы и рисунки к лекции 12 (03-12-2012)

Заключение по теме биогеоценоз. Взаимосвязи компонентов биогеоценоза.

Связь эдафотоопа и климатопа:

При отсутствии биоценоза 2 компонента экотопа характеризуются наличием взаимосвязи между ними:

Климатоп оказывает влияние на эдафотоп – в пер-

вую очередь на характер движения влаги в почве. Если осадки больше испаряемости то формируется промывной режим почв, если осадки меньше испаряемости то возможно засоление почв, особенно при близком к поверхности расположении грунтовых вод (рис.1.) Одним из показателей принципиального изменения характера процессов в почве при изменении характеристик климатопа может служить гидротермический коэффициент Селянинова – GTK = Pcp05/(SumT05/10)

Влияние эдафотопа на климатоп.

Одним из значимых примеров вляния эдафотопа на климатоп является различие в отражательной способности различных грунтов. Желтые (пустынные) и белые (морские) пески отражают до 40%

света, темные морские пески и темные грунты ~ 10% (http://meteorologist.ru/albedo-estestvennoy- poverhnosti.html, http://en.wikipedia.org/wiki /Albedo#Other_types_of_albedo). То есть, светлые поверхности поглощают 60% солнечной энергии, темные – 90%, что в полтора раза больше чем светлые. Таким образом, при одинаковых исходных характеристиках притока солнечной радиации. при разном альбедо подстилающей поверхности будут формироваться разные по микроклиматическим характеристикам условия. На более темных грунтах будет теплее и суше, на светлых – холоднее и более влажно.

Биосфера.

Термин Биосфера ввел австрийский геолог профессор, президент австрийской академии наук Эдуард Зюсс. В 1875 г, при исследовании австрийских Альп, он определил понятие биосфера, как поверхностный слой земного шара, охваченный жизнью. Учение о биосфере в 1920–1930 гг развил русский геолог академик Владимир Иванович Вернадский.

По В.И. Вернадскому Биосфера – область земного шара, в которой когда-либо существовали и существуют живые организмы. Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (15-20 км), верхнюю часть литосферы (до 20 км) и всю гидросферу.

Компоненты биосферы (по В.И. Вернадскому)

1.[Живое вещество] Совокупность живых организмов. Существует в дискретном виде (особи). Всего на Земле известно около 3 млн. биологических видов, из них 1 млн. – насекомые. Часть видов еще неизвестна. Ежегодно описываются десятки и сотни новых видов растений, животных и микроорганизмов.

2.Биогенное вещество. Это биоминеральное и органическое вещество, созданное живым ве-

ществом, например, битумы, каменный уголь, горючие газы, нефть, торф, сапропель, почвенный гумус, лесная подстилка.

3.Биокосное вещество. Это вещество, преобразованное живыми организмами: осадочные по-

роды, минералы, атмосфера, вода.

4.Косное вещество, космическое вещество все элементы молекулы и соединения космического происхождения сформированные без участия жизни.

Функции живого вещества (по Вернадскому). (Роль естественных сообществ биосферы в формировании земной поверхности)

•Газовая функция: фотосинтез и дыхание.

•Окислительная (Fe, Mn, CO32-, P, N, S)

•Восстановительная: создание вторично анаэробных условий, которые влияют на баланс CH4, H2S, H2, образование осадочных пород.

•Концентрирование и выделение солей Са: известняки, туфы, мел.

•Концентрирование элементов из рассеянного состояния. (Формирование почв)

•Синтез и разрушение органического вещества.

•Очистительная функция – буферная способность биосферы

Внастоящее время под биосферой понимают оболочку Земли, в пределах которой существуют живые организмы, то есть понятие значительно более узкое по сравнению с определением В.Н. Вернадского. Биосфера не рассматривается как надсистема, которой подчинена жизнь.

Для обозначения совокупности живых организмов Земли не используется термин «живое вещество» а используется термин «биота». Особый интерес к биосфере проявился начиная с второй половины 20 века и был обусловлен все возрастающей ролью антропогенного влияния.

Основные биосферные циклы.

Круговорот углерода. Поток органического углерода, депонирующийся в осадочных породах равен разнице между потоком его синтеза и разложения в биосфере. Основная масса запасов органического углерода (107 Гт С) равномерно распределена в толще осадочных пород и не доступна для использования человеком. Эта масса депонирована за время фанерозоя ~ 109лет.

Т.е среднее годичное депо-

нирование составляет 10−2

Гт С год−1 (107 Гт С\109лет).

Годичная продукция биосферы – 102 Гт С год−1. Та-

ким образом, круговорот углерода замкнут с высо-

кой степенью точности

10−4. То есть, с точностью

10−4 вся энергия фотосинтеза используется в процессе

Экология, таблицы и рисунки к лекции 12 (03-12-2012)

жизнедеятельности живых организмов.

Доступные для использования человеком локально концентрированные запасы углерода в виде ископаемого топлива [уголь, нефть, газ] составляют менее 104 Гт С, то есть менее 1 тысячной доли от общих запасов углерода в осадочных породах.

Поток органического углерода совпадает с потоком неорганического углерода, поступающего в биосферу [в результате деятельности вулканов] с точностью ~ 10−4..

Рис. 3. Запасы (Гт С) и годовые потоки (Гт С год−1) углерода в биосфере [с точно-

стью порядка величин]. Потоки и запасы органического углерода заштрихованы. (Гт – гиготонны, 109 т) (по V.G. Gorshkov et. all., 2000).

P + P −– внутренние [биосферные] потоки: P +– синтеза (фотосинтез) и P − – разложения органических веществ (дыхание); F −,F + – внешние, физические потоки: F − – поток неорганического углерода поступающего в биосферу [в результате деятельности вулканов], F + – поток органического углерода, депонирующийся в осадочных породах.

Потенциальная опасность нарушения круговорота. Мощность биотического круговорота такова, что перераспределение запасов углерода в основных резервуарах биосферы может произойти за ограниченное время ~ за время десятков лет.

Современная биота и атмосферный кислород.

Расход кислорода по отношению к углероду при окислении органических соединений примерно составляет ~ 2:1. Если сжечь все органические соединения биосферы и ископаемое топливо, то количество кислорода уменьшится на 20 • 1012 т, что составит 2% от его количества в атмосфере. Если рассматривать газовый состав атмосферы (содержание кислорода составляет 21%), то потери кислорода в атмосфере (при сжигании всех запасов углерода биосферы и ископаемого топли-

ва) составят 21% • 0.02 = 0.4%

Биогенное происхождение кислорода. Общие запасы углерода 107• 109 т = 1016 т почти в 10 раз превышают запасы кислорода в атмосфере, но это не противоречит биогенному происхождению атмосферного кислорода, поскольку большая его часть израсходована на окисление вулканических выбросов (Будыко и др., 1985; Бютнер, 1986).