ЛЕКЦИЯ № 8
БИОСФЕРА КАК ПРИРОДНАЯ СИСТЕМА
Биосфера как природная система
Строение и характеристики биоценозов
Биосфера является самой крупной
экосистемой земного шара, которая делится
на экосистемы более низкого иерархического уровня, прежде всего, это геосферы:
литосфера, педосфера, гидросфера, атмосфера и живое
вещество. Эти геосферы по существу являются взаимосвязанными компонентами
биосферы. Поэтому, чтобы понять строение и развитие биосферы, необходимо знать
строение, свойства и основные особенности функционирования каждого из этих
компонентов. При этом необходимо постоянно помнить, что все компоненты биосферы
взаимозависимы и взаимно влияют друг на друга. Изменение состава и
строения компонентов биосферы в пространстве обуславливают мозаичность
биосферы, как оболочки планеты.
Биосфера (Biosphere)
– от греческого Bios – жизнь и Sphaira – шар. Биосфера – область существования
и функционирования живых организмов. Она охватывает нижнюю часть атмосферы, всю
гидросферу, поверхность суши и верхние слои литосферы.
Термин «биосфера» был впервые введен в науку в начале XIX века французским
естествоиспытателем Ламарком (1711-1829). Ламарк под биосферой понимал «область
жизни», не расшифровывая этого понятия. Позднее, в конце XIX века, австрийский
геолог Эдуард Зюсс (1831-1914) стал рассматривать Землю как планету, имеющую
в своем
строении геологические оболочки. Приповерхностную часть планеты Зюсс
выделил как самостоятельную оболочку,
где обитает жизнь, и также как Ламарк,
назвал её биосферой. Это был новый шаг в представлениях и о строении
планеты Земля, и о понимании термина «биосфера»
В начале XX века великий русский
ученый Владимир Иванович Вернадский не только расширил понятие о биосфере, но и
дал ему новое толкование, развитое позднее в учение о биосфере. В.И.
Вернадский, также как Зюсс, выделил биосферу, то есть область жизни, в
самостоятельную геологическую оболочку. Но в отличие от других геологических
оболочек, считал В.И. Вернадский, биосфера имеет свой химический состав,
обусловленный наличием «живого вещества». Под живым веществом В.И. Вернадский
понимал совокупность всех живых организмов планеты, осуществляющих
геологическую работу. Понятие «живое вещество» вошло в науку, как один из
незаменимых постулатов. В.И. Вернадский ввел понятие о живом веществе не как о
механической совокупности живых организмов, а как о мощнейшей геологической силе, преобразующей лик нашей планеты. Биосфера является природной системой
и обладает своей структурой и историей. Как и все системы, биосфера
функционирует и находится в постоянном развитии. В.И. Вернадский особо выделил
одно из главных понятий о биосфере о том, что биосфера
является планетарным, космогенным явлением. Этим он подтвердил
высказывание французского ученого Клода Бернара, заявившего в середине XIX
века: «… жизнь есть не мелкое
земное, но есть космическое проявление, ибо живые организмы неразрывны с
космической средой».
Биосфера возникла в результате
эволюционного развития космического тела планеты Земля: туманность ® газовое облако ® горячая
звезда ® планета ® планета
с биосферой. Астрономы выделили ряд земных планет: Земля, Венера. Марс, считая,
что и на Венере, и на Марсе есть форма живого вещества.
В отличие от представлений К.
Бернара, В. И Вернадский, введя понятие
о живом веществе, вывел (в качестве закона) положение о влиянии, воздействии
живого вещества (живых организмов по Бернару) на окружающую среду. Это положение
окончательно определило смысл понятия о биосфере. Биосфера, по В.И.
Вернадскому, это не просто «область жизни» (по Ламарку), это не просто
«геологическая оболочка, где обитает жизнь» (по Зюссу), а это геологическая
оболочка, где живое вещество активно
преобразует лик планеты и само живое вещество постоянно преобразуется под
воздействием среды обитания.
Биосфера на
планете Земля имеет свою структурную организацию. Геологическая
оболочка «БИОСФЕРА» включает пять геосфер: литосфера, педосфера,
гидросфера, атмосфера, живое вещество (рис. 19). Следует иметь в виду,
что в работах В.И. Вернадского выделяются всего три геосферы: литосфера,
гидросфера и атмосфера. На основании чего, это повторяется в научной
литературе. В последнее время, в продолжение развития учения о биосфере, педосферу также начали выделять как самостоятельную
геосферу. Живое вещество В.И. Вернадский хотя и не выделял как геосферу, но
всегда считал его составной частью биосферы.
Рис.19. Компоненты (геосферы)
биосферы и их взаимосвязь
Все геосферы являются компонентами биосферы,
все они взаимосвязаны и воздействуют друг на друга. Каждый компонент биосферы
имеет свою структурную организацию. Отличительной особенностью биосферы
является ёё организованность. Организованность
биосферы проявляется:
ü во взаимосвязи всех геосфер;
ü в проявлении биохимических процессов в соответствии с атомной картиной мира;
ü в проявлении физико-химических процессов, как функционирования живого
вещества – наимощнейшей геологической силы;
ü в проявлении правизны и левизны, которые присущи только живому веществу, т.е. биосфере.
Возникновение биосферы обязано возникновению и функционированию живого
вещества, которые и регулируют организованность биосферы. Организованность
биосферы наблюдается на протяжении всего геологического времени её
существования, около 2 млрд. лет.
Биосфера – геологическая оболочка в составе земной коры, сопряженная с
жизнью. Живое вещество создало атмосферу, биогенные породы и биокосные тела. Все эти явления присущи только биосфере и
отражают ее организованность. Биосфера характеризуется не только структурной
организацией, но и своим строением.
Верхней
границей биосферы
(верхним пределом жизни) является стратосфера
на уровне озонового экрана, поглощающего космическое коротковолновое излучение.
Фактически организмы распространяются ниже его границы. До 5 км, в редких
случаях до 10 км, с потоком воздуха, с
пылью поднимаются в атмосферу споры и микроорганизмы. В горах, на высоте до 8
км встречаются тли, на шестикилометровой отметке – бабочки, на высоте 6,5 км –
бабочки.
Нижняя граница
биосферы определяется температурными условиями. Глубже 3 км от
земной поверхности живые существа не могут находиться в современном виде. В
океане жизнь возможна на всю глубину. В почвах граница жизни определяется
глубиной проникновения свободного кислорода (около 10 м). Гетеротрофные
организмы и автотрофные бактерии проникают в земные пещеры и морские глубины.
Есть бактерии, распространенные в горячих борных источниках и выдерживающие
10%-ный раствор серной кислоты.
Если принять эти границы
распространения живого вещества по В.И. Вернадскому, то тогда границы биосферы
близки к границам географической оболочки. Некоторые ученые отождествляют эти
понятия. Однако Д.Л. Арманд считает, что географическая оболочка предшествует
жизни, поскольку биосфера короче во времени и пространстве географической
оболочки. В пространстве они могут совпадать. Тогда биосферу следует
рассматривать как особую стадию в развитии географической оболочки. Биосфера
является наиболее высоко организованной природной системой.
Функционирующую систему «БИОСФЕРА» можно представить в виде
такой схемы (рис. 20
Рис. 20. Блок-схема функционирующей
системы «БИОСФЕРА»
Несмотря на различные процессы, идущие в биосфере, на Земле реально существуют физико-химические условия,
определяющие пределы биосферы:
Во-первых, это достаточное количество СО2
и О2. Установлено, что на Гималаях зона распространения зеленой
растительности ограничена высотой 6200 м, где парциальное давление СО2 вдвое ниже, чем над поверхностью моря. Однако
выше жизнь не замирает – там встречаются некоторые виды членистоногих,
питающихся органикой, заносимой ветром.
Во-вторых, это достаточное количество Н2О (обязательно в жидкой
фазе).
В-третьих, благоприятный
температурный режим, исключающий высокие и низкие температуры (ведь высокая
температура вызывает свертываемость белков, а при низкой температуре
прекращается работа ферментов).
В-четвертых, это наличие «прожиточного минимума» элементов минерального
питания.
В-пятых, сверхсоленость водной среды, превышающая концентрацию солей в морской воде примерно в 10
раз.
На протяжении 2 млрд. лет биосфера постоянно эволюционировала, то есть
изменяла своё состояние, переходя из одного качества в другое. Изменялось
биоразнообразие, биогенные породы подвергались метаморфизации, биокосные тела разрушались и возникали вновь. Все
изменения, которые происходили и происходят в биосфере – это результат
взаимодействия живой и мертвой (косной) материи. Живое вещество преобразует
мертвую, а мертвая, в форме окружающей среды, преобразует живое вещество. Живое
вещество воздействует на косные тела более сильно, чем косные на живое
вещество. И не случайно, В.И. Вернадский
назвал живое вещество
наимощнейшей геологической силой, преобразующей лик планеты.
Следовательно, биосфера – это
геологическая оболочка планеты, где активно взаимодействуют живое вещество и
косная материя при участии биокосных тел, где
главенствующее положение занимает живое вещество. Биосфера – это наивысшая
форма организованности, проявляющаяся во взаимосвязях и взаимодействиях всех
компонентов живой и мертвой материи, где особое место занимают
биогеохимические процессы. Процессы взаимодействия живого и неживого.
Биосфера как
природная система
Как уже отмечалось, биосфера – самая высоко организованная природная система. Состоящая
из пяти геосфер или пяти взаимодействующих компонентов. До настоящего
времени иерархия биосферы, то есть уровни организации не установлены. Обычно в
схемах, отражающих строение и организацию биосферы показывают все компоненты
(литосфера, атмосфера, гидросфера, педосфера, живое
вещество) однозначно уравненными, то есть занимающими
один уровень (рис.21).
Рис. 21. Блок-схема иерархий компонентов биосферы
Это
объясняется тем, что каждый из компонентов (геосфер) сам по себе является
сложной природной системой, и выявить иерархность
всех компонентов не представляется возможным. Исходя из
степени сложности состава, строения, организованности и функциональной роли
каждого компонента биосферы иерархию биосферы можно представить в следующем
виде (по степени увеличения местоположения уровня организации системы снизу
вверх:
живое вещество
биокосные тела (педосфера, гидросфера) литосфера (земная
кора)
атмосфера
В представленной схеме самый низкий
уровень в структурной организации биосферы занимает атмосфера, самый высокий –
живое вещество. В то же время каждый уровень структурной организации биосферы, в виде её компонента или
подсистемы, может рассматриваться как самостоятельная природная система,
имеющая свои уровни организации. Эта упрощенная блок-схема показывает
принципиальное положение различных уровней. В действительности, в биосфере, как
в природной системе всё взаимосвязано и
взаимообусловлено и поэтому отразить
все связи в принципиальной схеме
невозможно. Однако, мы всегда должны помнить о
существовании именно сложных взаимосвязей в биосфере. Изучение любого
природного явления, природного объекта должно исходить из положения о том, что
оно является частью целого и для этого надо знать местоположение изучаемого
объекта в общей системе – в биосфере.
Взаимодействие всех геосфер
составляет сущность функционирования биосферы в целом. Функционирование
биосферы проявляется в виде множества процессов, которые могут быть объединены
в несколько групп:
1.
химические процессы растворения, осаждения, окисления, восстановления, гидролиза, гидратации;
2.
геохимические процессы разрушения
кристаллических решёток первичных минералов и синтеза вторичных;
3.
биологические процессы синтеза
органических веществ в виде живого вещества;
4.
биохимические процессы
взаимодействия живого вещества и косных
тел.
Все эти группы процессов
сопровождаются процессами потока веществ
в виде большого
геологического и малого биологического
круговоротов.
Чтобы
лучше
понять строение,
свойства и особенности функционирования биосферы, как природной системы, следует рассмотреть эти показатели для
каждого компонента
биосферы в отдельности.
Большой геологический круговорот
выражается в переносе твердых, жидких и газообразных веществ в масштабах
планеты. Это: а) газообмен между атмосферой и сушей, между атмосферой и океаном; б) речные потоки
и морские течения и связанное с ними осадконакопление; в) потоки воздушных масс
и атмосферные осадки; г) эрозионные процессы и перенос твердого материала,
включая эоловые процессы.
Малый биологический круговорот осуществляется между педосферой и растительностью
и выражается в «перекачке» химических элементов из литосферы в живое вещество с
последующей миграцией.
Современная биосфера — результат
длительной эволюции органического мира Земли. Зарождение жизни и развитие ее первых
представителей происходило в океане, точнее в его прибрежных мелководных и
наиболее благоприятных по условиям областях. Однако наиболее совершенных форм
органический мир достиг на материках, где сосредоточено 99 % всей биомассы
планеты. Допалеозойский этап развития жизни
характеризовался появлением простейших организмов, и только в последние 500 млн лет эволюция отличалась быстрым усложнением строения
растений и животных. Если в кембрии господствовали беспозвоночные и низшие
растения, то в конце силура появились рыбы и высокоорганизованные растения, в
конце палеозоя земноводные животные и споровые растения, в мезозое —
пресмыкающиеся и птицы, а также голосемянные и покрытосемянные растения, а в
кайнозое органический мир стал близок к современному.
На протяжении антропогена прослежено несколько крупных, в сотни тысяч лет,
этапов развития холоднолюбивых и теплолюбивых организмов. Эти периоды
соответствовали эпохам оледенений и межледниковий и
характеризовались глобальными миграционными процессами флоры и фауны.
Глобальный
биологический круговорот представляет собой интегральное отражение развития
биосферы. Звенья круговорота или ритмы развития организмов подчинены
климатическому фактору — зональности и поясности. Сезонность климата и режим
освещения определяет внутригодовую и суточную ритмику жизнедеятельности
растений и животных. При этом кроме общего приспособления к внешним условиям
каждый вид имеет свои особенности развития и пределы устойчивости, что
отражается на ареалах организмов и структуре биоценозов. В границах ареалов
влияние внешних факторов выражается в жизненных формах организмов, наиболее
отвечающих условиям существования. Среди внешних природных факторов выделяются
климатические (воздух, свет, тепло и влага), эдафические (почвы и минеральное
питание), орографические (рельеф) и биотические (влияние растений и животных
друг на друга).
Воздушная
среда необходима для дыхания растений (поглощение кислорода) и фотосинтеза
(усвоение углекислого газа). Если в атмосфере содержание кислорода обычно достаточно
для дыхания, то в воде его меньше, и проникновение в клетки растений
замедленное. Анаэробные условия глеевых и болотных почв
также затрудняют питание корневых систем кислородом. Углекислый газ поступает в
растения из воздуха, а также в результате деятельности почвенных организмов
(«почвенное дыхание»). Примеси в воздухе антропогенных газов в основном
отрицательно влияют на растения. Движение воздуха, ветровой режим положительно
влияют при опылении растений и очищении атмосферы, однако сильные ветры
оказывают механическое влияние на растения (флагообразные формы крон,
ветровалы), сильно иссушают растения и приводят к их гибели.
Свет —
необходимое условие для процесса фотосинтеза. Недостаток света ведет к
увеличению размеров листьев, заставляет их менять положение в течение дня.
Избыток освещения [более 20—30 кал/(см2/час)], как и
его недостаток, ослабляет фотосинтез. В условиях высокогорья повышенное
ультрафиолетовое излучение затрудняет нормальное развитие растений. По
отношению к свету растения делятся на светолюбивые (мелколистные породы, сосна,
злаки) и тенелюбивые (травы густых хвойных лесов и дубрав), на растения длинного дня (тундровые) и короткого дня (тропические).
Выделяются растения, выдерживающие широкий диапазон освещенности (клен, дуб, ель,
многие комнатные растения). Различные требования растений к свету являются
причиной ярусного строения большинства лесных фитоценозов. Растения низких
широт получают в целом больше света, и в них содержится повышенное количество
углеводов и мало белка. Недостаток белковых веществ —характерная
черта пищи народов экваториального и тропического поясов. Потребность растений
в свете непостоянна. Она увеличивается с возрастом, в весеннее время, в высоких
широтах и на малоплодородных почвах. Свет задерживает рост и укорачивает стебли
растений. Обильное освещение сокращает сроки вызревания сельскохозяйственных
культур.
Температуры являются
важным условием развития растений. Для каждого вида существуют оптимальные и
критические температуры (тепловые ресурсы). Общие рамки температурных пределов
активных фаз развития растений от 0 до +50 °С. Более опасны низкие температуры,
к которым растения приспосабливаются, принимая стелющиеся формы, сбрасывая
листья, образуя подушки или куртины. С высокими температурами растения борются
путем активного испарения и сокращения цикла развития (эфемеры). Важным
показателем служит сумма положительных (эффективных) температур, которая
необходима для полного цикла развития растений. В частности, для видов льна
этот показатель равен 1000—2000 °С, для конопли —
1400—1900 °С, сахарной свеклы— 2100—2400 °С и хлопчатника 3600—4700 °С. Смена
растительных комплексов при движении от окраин материков к их центральным
частям и от равнин к высокогорьям связана также и с увеличением контрастов
суточных и сезонных температур. Стенотермные виды сменяются при этом эвритермными. Помимо поглощения солнечной энергии растения
получают тепло от почвы и своих соседей, причем эта энергия превышает солнечную в 3 раза. Температуры различно влияют на функции
растений. Нижний предел для роста большинства растений 0 °С,
а для дыхания —10 °С. От теплообеспеченности в
основном зависят сроки фенологических явлений — появление листьев, цветение,
плодоношение. На картах закономерности этих явлений показываются системой изофен
— линий, соединяющих точки одновременного проявления того или иного явления.
Водообеспечение необходимо
для организмов, поскольку они в среднем на 2/3 состоят из воды. Водообмен в растениях имеет огромное значение для жизненно
важных процессов — фотосинтеза, питания, поддержания оптимальной температуры.
Растения получают воду из атмосферы и из почвы. Лимитирующими факторами при
водопотреблении являются температура и соленость воды. При низких температурах
и большом содержании солей корневые системы не в состоянии использовать воду.
Для растений создаются условия «физиологической сухости». По отношению к
условиям увлажнения растения подразделяются на несколько экологических типов.
Фреатофиты — растения, достигающие корнями грунтовых вод. Среди
них различают гидрофиты (растения водоемов и болот), гигрофиты, растущие в
местах с близким к поверхности залеганием грунтовых вод, а также мезофиты,
требующие умеренного увлажнения, и ксерофиты — растения пустынь с корневыми
системами длиной до
Почвенные
условия (эдафические факторы) важны как для прикрепления растений, так и для
минерального питания. Приспособления растений к этим условиям различные. Эвтрофные растения произрастают на плодородных почвах,
глинистых или суглинистых породах, в поймах рек и на низинных болотах. К ним
относится большинство широколиственных пород, из
хвойных — ель, камыши, тростники, многие сорняки. Противоположную группу
образуют олиготрофные растения, произрастающие в условиях
обедненного минерального питания. К ним относятся сосна, мхи и кустарники
верховых болот, многие пустынные растения. Наилучшие условия минерального
питания создаются в зонах умеренного и достаточно влажного климата. В полярных
областях минеральное питание обеднено, вследствие медленного выветривания и
слабого почвообразования, а в экваториальных — из-за активного выноса
соединений из почвы. Реакция почвенных растворов также небезразлична для
растений. Например, черника, ландыш, болотные растения хорошо развиваются в
кислой среде. Нейтральная среда благоприятна для большинства луговых растений,
а щелочная — для растений пустынь и полупустынь.
Орографический
фактор развития растений обычно проявляется опосредственно.
Прежде всего рельеф во многом определяет климатические
особенности местообитаний. С увеличением высоты местности наблюдается снижение
температуры (0,6 °С на
Биотический
фактор имеет значение при рассмотрении экологии фитоценозов, поскольку в этом
случае следует учитывать взаимоотношения растений друг с другом. С одной
стороны, крупные сообщества растений более устойчивы к внешнему влиянию,
создавая благоприятный для себя климат. С другой стороны, в сложных фитоценозах
имеет место внутривидовая и межвидовая борьба между растениями, а также
развитие растений — паразитов за счет доминантных видов. Взаимоотношения
растений влекут за собой многочисленные разновидности симбиоза, когда
совместное существование и паразитизм становятся взаимно полезными. Примерами
могут служить растения-эпифиты, лианы, мхи и лишайники, сосуществующие с
древесными и кустарниковыми видами. Взаимоотношения растений и животных также
весьма разнообразны. Роль животных в развитии фитоценозов заключается в
опылении цветковых растений насекомыми и реже птицами, в распространении семян
и плодов, поедании и угнетении съедобных растений. К косвенному
относится влияние через изменение свойств почвы — рыхление или удобрение.
Строение и
характеристики биоценозов
Помимо изучения отдельных видов
организмов для решения проблем современной географии важны разносторонние
исследования сочетаний организмов, взаимодействующих с окружающей средой —
биоценозов или экологических систем, которые являются важнейшими объектами
экологических исследований. При этом удобно отдельно рассматривать сочетания
растений -фитоценозы, сообщества животных — зооценозы,
а также адаптивные типы человека.
Фитоценозы
суши формируются
в условиях относительно однородного климата, геологического строения и рельефа.
Внешние условия определяют ареалы и структуру фитоценозов, которая выражается
рядом морфологических или физиономических признаков.
Видовой (флористический) состав или
биоразнообразие фитоценозов определяется числом видов входящих в него растений
— деревьев, кустарников, травянистых, мхов и лишайников. Поскольку
число видов не находится в прямой зависимости от их насыщенности,
распространение каждого вида оценивается по 4 градациям шкалы Друде: фоновое
(господствующие растения, образующие полог фитоценоза), обильное (широко
распространенные, но дополнительные), рассеянное (растения, встречающиеся в
небольшом количестве экземпляров) и редкое (одиночные экземпляры).
Первые две градации обычно дают название фитоценозу: сосновый бор, березовая
роща, ельник зеленомошник. Нарастание биоразнообразия
свидетельствует о более благоприятных условиях развития растительных сообществ.
Ограниченное разнообразие видов — признак экстремальных условий существования
фитоценозов: избыточное или недостаточное увлажнение, засоление грунтов.
Аналогичное воздействие может оказывать и антропогенный фактор: выборочные
рубки ценных пород, возобновление растительности на вырубках и после пожаров.
Ярусность фитоценозов
обуславливается тем, что растения приспосабливаются к условиям существования и
размещаются на разных высотных уровнях, занимают свои «экологические ниши».
Верхние ярусы занимают быстрорастущие и светолюбивые породы. В лесах умеренного
пояса один-два верхних яруса занимают древесные растения, ниже располагаются
кустарники, затем травяной и мохово-лишайниковые
покровы. В целом фитоценозы с большим числом видов, экологически благополучные
и более возрастные имеют большее число ярусов.
Проективное покрытие — процент
площади, покрытый проекциями всех наземных частей растений. Молодые
благополучные фитоценозы лесной зоны обычно имеют 100% проективное покрытие.
Снижение этого показателя может быть связано с неблагоприятными условиями
развития растительности в тундре, пустынях и высокогорьях, а также с
естественным разрежением перестойных древостоев или с выборочными рубками.
Помимо зависимости от климата, почв
и рельефа фитоценозы подвержены определенному влиянию со стороны животного
мира. При сохранении экологического равновесия это влияние мало
заметно, поскольку негативное воздействие компенсируется полезным. В то
же время известны и катастрофические ситуации, когда размножение вредителей
(саранчи, шелкопряда) приводит к деградации растительности на больших площадях.
Систематика
фитоценозов включает несколько уровней их классификации.
Выделяются четыре наиболее крупные типы растительности: древесно-кустарниковый,
травянистый, пустынный и блуждающий. Первые три типа представлены растениями,
прикрепленными к субстрату и имеющими корневые системы, а к последнему
относятся бескорневые виды (мхи, лишайники) и
растения, развивающиеся в водной или воздушной среде. Каждый тип подразделяется
на более мелкие категории, связанные с конкретными условиями развития. Так,
лесные фитоценозы включают хвойные и лиственные, вечнозеленые и листопадные.
Среди травянистых наиболее важны луговые, степные и болотные. Признаки
пустынных фитоценозов варьируют в зависимости от климата пустынь, механического
состава и засоления субстрата.
Фитоценозы
суши — основной ландшафтообразущий компонент природно-техногенной среды.
Растительный покров активно участвует в глобальной циркуляции атмосферы,
круговороте воды в природе, создании микроклимата, в процессах выветривания, рельефообразования, почвообразования и осадконакопления.
Растительность — ведущий фактор условий жизнедеятельности животных и человека,
поддержания экологического равновесия в природе.
Фитоценозы Мирового океана включают
15 тыс. видов растений и в основном представлены одноклеточными водорослями —
фитопланктоном. Эти организмы лишены органов передвижения и пассивно
перемещаются течениями на большие расстояния. Фитопланктон сосредоточен в
верхнем слое воды до глубин 50—100 м, что определяется условиями освещенности и
возможностями фотосинтеза. В прибрежных частях океанов распространены растения,
прикрепленные ко дну — фитобентос. Среди них преобладают синезеленые,
зеленые, красные и бурые водоросли, а также высшие травянистые растения.
Выделяя в процессе фотосинтеза кислород и потребляя азот, железо, фосфор и
другие элементы, морские растения влияют на свойства океанических водных масс,
их газовый режим и солевой состав. Разлагаясь, растения обогащают морскую воду
органикой и биогенными соединениями. Морские фитоценозы играют заметную роль в
накоплении кремнистых и карбонатных отложений, строении коралловых рифов.
Зооценозы —
сообщества животных — в меньшей степени зависят от климатических условий
конкретной местности, благодаря подвижности и миграции. Популяции травоядных
животных, грызунов и насекомых формируются в тесной связи с особенностями
растительности и, в свою очередь, определяют условия жизни вторичных консументов. Зооценозы различаются по видовому составу и
обилию животных, соотношениям трофических уровней, а также оседлых и
мигрирующих видов. В каждом зооценозе весьма многочисленны и совершенны
приспособления к условиям существования: температурам, снежному покрову,
миграции, длительным засухам или затоплению. Примерами адаптации могут служить
обилие лазающих животных в тропических лесах, огромные стада травоядных в
саваннах, животные ночного образа жизни в пустынях.
Животный мир океанов
более разнообразен по сравнению с растительным (150
тыс. видов). Преобладают простейшие, ракообразные и хордовые организмы. К
зоопланктону относятся рачки, черви, кишечнополостные и некоторые виды
моллюсков. Зообентос представлен моллюсками, губками, кораллами, ракообразными,
иглокожими. По объему биомассы на последнем месте находятся животные нектона —
активно плавающие: рыбы, млекопитающие, головоногие, черепахи, змеи.
Структура человеческого общества и
отдельных его составляющих во многом принципиально отлична от рассмотренных
выше компонентов биосферы. Влияние человека на природную среду в целом, и в том
числе на биосферу, настолько масштабно и сложно, что изучение этой проблемы
привело французского ученого Ле Руа
и нашего великого соотечественника В.И. Вернадского к обоснованию понятия
«ноосфера» (сфера разума), как отражающего современное состояние биосферы. Это
состояние возникло в XX в. в результате сочетания труда и науки и достижений
цивилизации. Вместе с тем условное абстрагирование от проблем сосуществования
природы и общества позволяет рассматривать человека как компонента биосферы,
подчиняющегося законам ее развития. Природные условия отдельных регионов
оказывали и оказывают влияние на жизнедеятельность, морфологические и
физиологические особенности населяющих их людей. Отклонение этих условий от оптимальных переносится человеком до определенных
пределов.
Для существования человека и
поддержания нормальных условий его жизни необходимо определенное сочетание
природных условий. Солнечный свет имеет первостепенное значение для работы
органов зрения, очищения воздуха помещений и кожи человека от микробов.
Световой «голод» приводит к дефициту витамина D и рахиту, усиливает
утомляемость, снижает сопротивление к простудным заболеваниям. Больным
гипертонией рекомендуется лечение солнечным светом, а при сердечно-сосудистых
заболеваниях значительное облучение противопоказано. Инфракрасные лучи имеют терморегулирующий эффект, а ультрафиолетовые —
физико-химический и биологический: синтез витаминов, образование фосфорных
соединений, расщепление белков, улучшение кровообращения и кровенаполнения
сосудов мозга.
Среднегодовая температура +10 °С наиболее подходящая для жизни человека. Критическими
являются температуры +55 и -60 °С. На земном шаре 30 % населения живет в зоне
малых колебаний температур: от +20 до —5 °С, а 60 % проживает в областях с
колебаниями от +30—40 °С до -10—15 °С. Доказано, что температурные колебания в
определенных пределах положительно влияют на функционирование живых организмов как человека, так и животных. В
зоне с температурами, близкими к экстремальным, когда необходимо прибегать к
защитным мерам, живет 10 % населения.
Организм человека чутко реагирует и на
другие параметры климата. Так, известны последствия «кислородного голодания»,
которое особенно тяжело для легочных больных. Повышенное содержание в воздухе
пыли приводит к силикозу легких. Повышенная влажность вызывает неумеренное потовыделение, грибковые заболевания, а повышенная сухость
— потерю организмом воды, растрескивание кожи, поражение дыхательных путей.
Сильные ветры могут приводить к переохлаждению, иссушению кожи, воспалению
глаз. Длительное проживание людей в различных условиях привело к формированию
определенных адаптивных типов.
Арктический
тип — с сильно
развитым костно-мускульным компонентом тела, большим размером грудной клетки.
Высоким уровнем гемоглобина, повышенным содержанием в крови белков и
холестерина. Тропический тип — с
удлиненной формой тела, пониженной мышечной массой, увеличенными конечностями,
меньшей грудной клеткой, повышенным количеством потовых желез. Умеренный тип — промежуточный между арктическим и тропическим. Горный тип — с повышенным уровнем обмена веществ, удлиненными
трубчатыми костями скелета, расширенной грудной клеткой, повышенным количеством
эритроцитов и гемоглобина в крови. В настоящее время деление людей на
адаптивные типы осложнено смещением рас и национальностей, активной глобальной
миграцией, влиянием разнообразных социальных условий, а также антропогенными
изменениями среды обитания.