ОтветыГос (1) / 4

1. Живое вещество, биота, флора и фауна; функции живого вещества в биосфере

Биосфера – это сложная большая динамическая система, оболочка жизни. Включает в себя тропосферу, почти всю гидросферу и значительную часть литосферы.

Химические реакции в биосфере и миграция хим. элементов протекают или при непосредственном участии организмов, или в среде, физико-химические особенности которой обусловлены деятельностью организмов – это фундаментальный Закон Вернадского.

В ходе длительной эволюции живое вещество приспособилось к различным условиям среды и чутко реагирует на их изменения. Поэтому для биосферы характерно множество форм биологического круговорота.

Круговороты являются одной из форм поступательного развития материи и обратной связи в ландшафте. Это положение является одним из основных законов в геохимии ландшафта – законом биологического круговорота. Суть: хим. элементы в ландшафте совершают круговороты , в ходе которых многократно поступают в живые организмы и выходят из них. При этом происходит поглощение и выделение энергии, совершается химическая работа, изменяется степень разнообразия. Поступательное развитие ландшафта осуществляется через систему круговоротов.

Геохимическая деятельность живых организмов имеет следующие аспекты:

Организмы как непосредственные концентраторы элементов. В результате их деятельности образуются горные породы с органогенной структурой и текстурой: угли, коралловые известняки, диатомиты, торф.

Живое вещество как фактор, определяющий физико-химические условия миграции химических элементов в данной природной системе – почве, ландшафте, водоносном горизонте (восстановительная среда в местах гниения органических веществ, резко окислительная в зоне фотосинтеза водных растений).

Суммарный эффект деятельности живого вещества за весь период геологической истории. В этом случае организмы выступают в качестве важнейшего фактора миграции элементов в з.к., определяющего всю ее геохимию (формирование кислородной атмосферы)

Живое вещество, 1) совокупность живых организмов биосферы, численно выраженная в элементарном химическом составе, массе и энергии. Ж. в. связано с биосферой материально и энергетически посредством биогенной миграции атомов в результате дыхания, питания, роста и размножения организмов. Представлено Ж. в. автотрофными организмами (зелёные растения и автотрофные микроорганизмы), гетеротрофными организмами (бесхлорофильные растения, все животные, человек), миксотрофными организмами, которые питаются готовыми органическими соединениями, хотя и способны их синтезировать.

Ж. в. чрезвычайно химически и геологически активно. Рассеянное в мириадах особей, непрерывно умирающих и рождающихся, обладающих колоссальной действенной энергией, Ж. в. выполняет в биосфере огромную работу и является могучей геологической силой планетарного характера, определяющей лик Земли. Одно из проявлений геологической работы Ж. в. — его участие в создании органогенных осадочных пород (каменный уголь, битумы, известняки, нефть и т. д.), названных Вернадским биогенным веществом биосферы. При участии Ж. в. образуются и биокосные вещества: почти вся вода биосферы, почва, кора выветривания и т. д. Роль Ж. в. как геологического фактора проявляется в контролировании им всех основных химических превращений в биосфере. Биогеохимические функции Ж. в. могут быть разделены на 5 групп: газовые, концентрационные, окислительно-восстановительные, биохимические и, наконец, биогеохимические функции человечества. Все функции осуществляются во внешней среде, кроме биохимических, которые протекают внутри организмов. Газовые функции Ж. в. определяют газовый состав атмосферы: преобладающая масса газов на планете биогенна; в результате действия Ж. в. создаются её основные газы (N₂, O₂, CO₂, H₂S, CH₄ и др.). Концентрационные функции Ж. в. заключаются в накоплении организмами биогенных элементов из окружающей среды. Состав Ж. в. резко отличен от состава косного вещества планеты; в нём преобладают лёгкие атомы (Н, С, N, О, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca). Эти элементы содержатся во всех живых организмах и образуют в них химические соединения, встречающиеся преимущественно в Ж. в. Содержание определённых элементов в некоторых организмах в десятки, сотни и даже тысячи раз больше, чем во внешней среде. Так создаётся неоднородность химического состава биосферы. Окислительно-восстановительные функции Ж. в. приводят к химическим превращениям большинства соединений. Биогенные процессы окисления и восстановления преобладают на поверхности Земли. Биохимические функции связаны с ростом и размножением организмов, что приводит к увеличению их числа и массы Ж. в. Давление Ж. в. на окружающую среду, которое Вернадский назвал "напором жизни", является выражением энергии роста и размножения и неодинаково у разных групп организмов. Др. проявление биохимической функции Ж. в. — процессы, связанные с разложением организмов после их смерти, т. е. превращением Ж. в. в косное. В результате этих процессов образуются биогенные и биокосные вещества биосферы. Биогеохимические функции человечества, обусловленные преимущественно технической деятельностью человека (техногенез), — форма созидания и превращения веществ в биосфере, связанная с её переходом в новое состояние — ноосферу, когда человек становится новой геологической силой на планете.

Биота. Традиционно слова «биота» (от др.-греч. βιοτή — «жизнь») в естествознании использовалось как собирательный термин для обозначения исторически сложившейся совокупности растений и животных, распространённых на определённой территории^[4]. Другими словами, под биотой понимали флору и фауну — то есть всё, что подпадало под определение «живая природа». Более современное определение термина «биота», используемое в экологии, — исторически сложившаяся совокупность видов живых организмов (включая микроорганизмы), объединённых общей областью распространения в настоящее время или в прошедшие геологические эпохи.

Флора (в ботанике, лат. flora) — исторически сложившаяся совокупность видов растений, распространённых на определённой территории в настоящее время или в прошедшие геологические эпохи.

Фауна (новолат. fauna, от лат. Fauna — богиня лесов и полей, покровительница стад животных) — исторически сложившаяся совокупность видов животных, обитающих в данной области и входящих во все её биогеоценозы. Домашние животные, животные в зоопарках и т. п. не входят в состав фауны. В понятие фауны вкладывается как систематическое, так и географическое содержание, поэтому принцип ограничения должен быть географическим (фауна острова Куба, фауна Зимбабве, фауна Евразии и т. д.) и систематическим (фауна птиц [орнитофауна], фауна насекомых [энтомофауна], фауна рыб [ихтиофауна] и т. д.). Последнее обстоятельство связано с тем, что на практике невозможно получить полный список видов данной территории по причине как огромного их разнообразия, так и недостатка специалистов-систематиков.

Существенным признаком любой фауны является экологическая природа составляющих её видов. Например, для фауны тропических территорий характерно большое количество видов, приспособленных к обитанию на деревьях и связанных с ними трофическими отношениями; для фауны степных территорий характерно преобладание бегающих и роющих животных, впадающих в спячку, животных, питающихся жёсткой травой и злаками и пр.

Одним из основных показателей фауны является доля эндемиков. Она показывает степень изолированности и возраст фауны.

Виды, отличающиеся сходным распространением, группируются в географические элементы фауны. Географический анализ фауны может сказать об особенностях происхождения фауны и её связях с соседними и удалёнными фаунами. По географическим элементам виды могут относиться к фаунам средиземноморской, циркумбореальной, европейско-сибирской, центральноазиатской, циркумполярной и др. Адвентивные виды — виды, которые были искусственно занесены из других регионов и интродуцировались.

Важным направлением фаунистических исследований является выяснение путей попадания видов в состав фауны. По этому признаку виды делятся на автохтонные (элементы фауны, возникшие в пределах изучаемой территории) и аллохтонные (виды, попавшие на данную территорию в результате расселения из других центров). Вопрос о происхождении видом фауны имеет особенно важное значение при изучении молодых фаун (например, фаун запада Европейской России, недавно освободившейся от ледника).

Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4-3,6×10¹² т (в сухом весе) и составляет менее 10⁻⁶ массы других оболочек Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты».

Живое вещество развивается там, где может существовать жизнь, то есть на пересечении атмосферы, литосферы и гидросферы. В условиях, не благоприятных для существования, живое вещество переходит в состояние анабиоза.

Специфика живого вещества заключается в следующем:

1. Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией. В неорганическом мире по количеству свободной энергии с живым веществом могут быть сопоставлены только недолговечные незастывшие лавовые потоки.

2. Резкое отличие между живым и неживым веществом биосферы наблюдается в скорости протекания химических реакций: в живом веществе реакции идут в тысячи и миллионы раз быстрее.

3. Отличительной особенностью живого вещества является то, что слагающие его индивидуальные химические соединения – белки, ферменты и пр. – устойчивы только в живых организмах (в значительной степени это характерно и для минеральных соединений, входящих в состав живого вещества).

4. Произвольное движение живого вещества, в значительной степени саморегулируемое. В.И. Вернадский выделял две специфические формы движения живого вещества: а) пассивную, которая создается размножением и присуща как животным, так и растительным организмам; б) активную, которая осуществляется за счет направленного перемещения организмов (она характерна для животных и в меньшей степени для растений). Живому веществу также присуще стремление заполнить собой все возможное пространство.

5. Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. Кроме того, в отличие от неживого абиогенного вещества живое вещество не бывает представлено исключительно жидкой или газовой фазой. Тела организмов построены во всех трех фазовых состояниях.

6. Живое вещество представлено в биосфере в виде дисперсных тел – индивидуальных организмов. Причем, будучи дисперсным, живое вещество никогда не находится на Земле в морфологически чистой форме – в виде популяций организмов одного вида: оно всегда представлено биоценозами.

7. Живое вещество существует в форме непрерывного чередования поколений, благодаря чему современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых эпох. При этом характерным для живого вещества является наличие эволюционного процесса, т.е. воспроизводство живого вещества происходит не по типу абсолютного копирования предыдущих поколений, а путем морфологических и биохимических изменений.

Работа живого вещества в биосфере достаточно многообразна. По Вернадскому, работа живого вещества в биосфере может проявляться в двух основных формах:

а) химической (биохимической) – I род геологической деятельности; б) механической – II род транспортной деятельности.

Биогенная миграция атомов I рода проявляется в постоянном обмене вещества между организмами и окружающей средой в процессе построения тела организмов, переваривания пищи. Биогенная миграция атомов II рода заключается в перемещении вещества организмами в ходе его жизнедеятельности (при строительстве нор, гнезд, при заглублении организмов в грунт), перемещении самого живого вещества, а также пропускание неорганических веществ через желудочный тракт грунтоедов, илоедов, фильтраторов.

Для понимания той работы, которую совершает живое вещество в биосфере очень важными являются три основных положения, которые В.И. Вернадский назвал биогеохимическими принципами:

1. Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению.

2. Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов.

3. Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей, и создается и поддерживается на нашей планете лучистой энергией Солнца.

Выделяют пять основных функций живого вещества:

1. Энергетическая. Заключается в поглощении солнечной энергии при фотосинтезе, а химической энергии – путем разложения энергонасыщенных веществ и передаче энергии по пищевой цепи разнородного живого вещества.

2. Концентрационная. Избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов вещества. Выделяют два типа концентраций химических элементов живым веществом: а) массовое повышение концентраций элементов в среде, насыщенной этим элементов, например, серы и железа много в живом веществе в районах вулканизма; б) специфическую концентрацию того или иного элемента вне зависимости от среды.

3. Деструктивная. Заключается в минерализации необиогенного органического вещества, разложении неживого неорганического вещества, вовлечении образовавшихся веществ в биологический круговорот.

4. Средообразующая. Преобразование физико-химических параметров среды (главным образом за счет необиогенного вещества).

5. Транспортная. Перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении.

Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы. Живое вещество есть самая мощная геологическая сила, растущая с ходом времени. Воздавая должное памяти великого основоположника учения о биосфере, следующее обобщение А.И. Перельман предложил назвать «законом Вернадского»:

«Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция) или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О₂, СО₂, H₂S и т.д.) преимущественно обусловлены живым веществом как тем, которое в настоящее время населяет данную систему, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории».