Связь литосферы и биосферы

Биосфера как саморегулирующаяся целостная система

Биосфера представляет собой целостную оболочку планеты, включающую в себя все живые организмы. Для неё характерен самый высокий уровень организации жизни на планете.

Область активной жизни в биосфере охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Рисунок 1. Биосфера. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Вещество биосферы неоднородно и включает:

• все живые организмы;
• полезные ископаемые органического происхождения или биогенное вещество – продукт бывших стадий развития биосферы;
• вещества, в образовании которых живое не принимало участия – горные породы, минералы, солнечная энергия – это косное вещество;
• вещество, созданное с помощью живых организмов – почва, озерная вода – это биокосное вещество;
• вещество, имеющее космическое происхождение.

В основе биосферы как области жизни, по мнению Вернадского, лежит взаимодействие вещества живого и косного. Объем и масса косного вещества значительно больше.

Все живые организмы, обитающие в литосфере, гидросфере и атмосфере, находятся во взаимодействии с физической средой планеты, что проявляется в непрерывной миграции атомов косного вещества биосферы в живое и обратно.

Биосфера – открытая система, поэтому поток солнечной энергии через неё проходит свободно и живые организмы его аккумулируют, превращая энергию Солнца в химическую и, распространяя её по всей поверхности планеты.

В результате этого на Земле создается многообразие жизни, устойчивое поддержание которой является важной функцией биосферы.

В основе этой функции лежит непрерывный круговорот веществ, связанный с направленными потоками энергии.

Активное участие в формировании климата, почв, разнообразных ландшафтов, циркуляции вод принимают как живые организмы, так и надорганизменные системы.

Многообразие жизненных форм и их глобальная взаимосвязь определяют такое уникальное свойство биосферы, как самоподдерживающейся системы, с запрограммированным гомеостазом на всех уровнях организации живой материи.

В. И. Вернадский считал, что биосфера обладает организованностью и механизмами самоподдержания, что выражается в постоянном газовом составе атмосферы, в устойчивости состава и концентрации солей в Мировом океане.

Основой этого является процесс фотосинтеза, дыхание, регуляция водного и солевого обмена организмов, заложенная в процессах биологической природы.

Для любого живого организма характерно специфическое свойство, заключающееся в обмене веществ со средой.

Из среды организм получает определенные вещества как источники энергии и материал для построения своего тела. Непригодные для использования продукты метаболизма выводятся наружу, что приводит к ухудшению условий обитания.

Поддержание жизненных условий или возможное их улучшение, определяется тем, что биосфера населена разными организмами с разными типами обмена веществ.

У биосферы есть свои границы, их ориентировочным верхним пределом является граница сильного солнечного и космического излучения, нижний предел связан с высокими температурами земных недр.

Озоновый слой, который образовался из кислорода под воздействием космических излучений у верхней границы тропосферы, защищает всё живое на планете от ультрафиолетовых лучей.

Круговорот живого вещества

Живое вещество биосферы является самой активной формой материи во Вселенной, формирование которого связано с круговоротом веществ, т. е. развитием биосферных процессов.

Живое вещество биосферы проводит колоссальную геохимическую работу, преобразуя за время своего существования верхние оболочки Земли. Знать круговороты этих веществ в связи с этим особенно важно.

Распространенные в природе элементы являются главными составными частями живого вещества – это, прежде всего, водород, углерод, азот, фосфор, сера и др.

Состав живого вещества на элементарном среднем уровне отличается от состава земной коры тем, что имеет высокое содержание углерода.

Для построения тканей живые организмы избирательно поглощают необходимые для этого элементы и в процессе жизнедеятельности используют наиболее доступные атомы для динамического равновесия и образования устойчивых химических связей.

Все живые организмы принимают участие в создании биогенного вещества, которое является источником потенциальной энергии – это известняк, торф, сланцы, нефть, каменный уголь.

Функции живого вещества заключаются в перераспределении вещества и энергии между компонентами биосферы и включают:

• самовоспроизводство, создание биологически активных веществ;
• саморегуляцию и участие в круговороте веществ;
• поддержание в биосфере динамического равновесия и стабильных условий для существования;
• формирование регулирующих равновесие механизмов.

Синтез и распад органического вещества связаны с круговоротом живого вещества, химические элементы, при этом, попеременно переходят в биогенное вещество из живого.

При большом круговороте происходит циркуляция и миграция веществ в атмосфере, литосфере, гидросфере.

Рисунок 2. Большой круговорот. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При малом или биогеохимическом, а по-другому, биотическом круговороте химические элементы обмениваются между живыми организмами и средой обитания.

При биотическом круговороте химические элементы из почвы, воды и атмосферы поступают в живые организмы.

Далее они превращаются в новые сложные соединения и возвращаются обратно.

Поскольку живое вещество превращается или распределяется неравномерно, то из круговорота часть вещества выпадает и накапливается в экосистеме.

Процессы миграции и циркуляции замедляют часть круговорота веществ, например, обновление подземных вод происходит в течение 5000 лет, воды океана обновляются за 3000 лет, а воды атмосферы за 10 суток.

Круговорот веществ способствует процессам самоочищения.

Поддержание стабильных условий для существования, включая жизнь человека, происходит в результате гигантского биологического круговорота веществ – живые организмы в биосфере создают круговороты важнейших биогенных элементов.

Взаимодействие литосферы и биосферы

И литосфера, и биосфера в своем составе имеют особое природное образование – почву.

Этот верхний плодородный слой земли образуется в результате взаимодействия органической и неорганической природы.

Плодородие почвы, что отличает её от горных пород, связано с наличием в ней органического вещества – гумуса.

Образование почвы начинается с процесса выветривания. Разрушенные и размельченные горные породы находятся в её нижних слоях.

На рыхлой массе горных пород, которая хорошо увлажняется и прогревается, поселяются микроорганизмы – водоросли, грибы, бактерии.

Продуктами их жизнедеятельности является тонкая пленка органического вещества. В дальнейшем на этой пленке поселяются мхи и лишайники и вместе с микроорганизмами выделяют кислоты, которые способны растворить твердые горные породы.

Происходит накопление органических веществ и постепенно образуется слой перегноя черного цвета – гумус.

Гуминовые кислоты, содержащиеся в гумусе растворимы в воде и, являясь основным органическим соединением, способствуют обменным реакциям, образуют органический клей, важный для образования структуры почвы.

В формировании почвы главными факторами являются:

климат, влияющий на процесс выветривания;

• рельеф территории, оказывающий как благоприятное, так и неблагоприятное воздействие на формирование почв (на горных склонах, например, продукты выветривания скатываются вниз);
• наличие живых организмов, влияющих на состав и структуру почв;
• материнская горная порода, от которой зависят физические свойства почв.

Выветривание разрушает формы рельефа или создает новые, например, коралловые острова или коралловые рифы.