Вопрос 32. Основные черты устройства земной поверхности и гипотезы, объясняющие происхождение планетарных и мегаформ рельефа Земного шара.

Земная поверхность – это поверхность Земли, понимаемая в следующих различных смыслах:

- поверхность литосферы;

- в узком смысле - поверхность суши;

- поверхность планеты Земля в целом - поверхность суши вместе с растительным, снежным покровом и др., а также поверхность Мирового океана вместе со льдами.

Планетарные формы рельефа Земли:

основными формами планетарного рельефа являются материки и впадины океанов. Их образование связано с внутренними силами Земли, сформировавшими материковый и океанический тип земной коры.

Мегаформы рельефа Земного шара:

занимают площади порядка сотен или десятков тысяч км². Это крупные впадины, горные системы. (Примеры: впадина Мексиканского залива, впадина Карибского моря, горная система Альп, горная система Кавказа, плато Декан).

Вопрос 33. Биосфера как совокупность четырех царств природы. Химический состав живого вещества. Экологические группы организмов – организмы продуценты, редуценты и консументы, их подразделение на автотрофы и гетеротрофы.

Биосфера – это сфера жизни, целостная планетная оболочка.

В состав биосферы входят семь различных, но взаимодействующих частей:

1. живое вещество – совокупность бесчисленного множества живых организмов – бактерий, растений и животных;

2. биогенное вещество, созданное и переработанное жизнью, - угли, известняки, битумы и др.;

3. косное вещество, в образовании которого жизнь не участвует, - горные породы эндогенного происхождения, некоторые газы и пр.;

4. биокосное вещество, которое создаётся одновременно и процессами косной материи и живыми организмами, - вся природная вода, воздух тропосферы, породы коры выветривания;

5. радиоактивные элементы, поступающие из недр планеты;

6. Вещество космического происхождения;

7. Рассеянные атомы.

Живое вещество – это живые организмы, населяющие нашу планету.

Живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, однако соотношение этих элементов различно. Основными элементами живых существ являются С, О, N и Н.

Продуценты – это организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических. Это, в основном, зелёные растения (синтезируют органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза), однако некоторые виды бактерий - хемотрофов способны на чисто химический синтез органики без солнечного света.

Редуценты – это микроорганизмы (бактерии и грибы), разрушающие отмершие остатки живых существ, превращающие их в неорганические и простейшие органические соединения.

Консументы – это гетеротрофы, организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые автотрофами (продуцентами). В отличие от редуцентов, консументы не способны разлагать органические вещества до неорганических.

Автотрофы – это организмы, синтезирующие органические соединения из неорганических.

Гетеротрофы – это организмы, которые не способны синтезировать органические вещества из неорганических, путём фотосинтеза или хемосинтеза.

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».

Местоположение биосферы

Биосфера включает в себя верхние слои литосферы, в которых ещё живут организмы, гидросферу и нижние слои атмосферы.

Границы биосферы

Верхняя граница в атмосфере: 15—20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.

Нижняя граница в литосфере: 3,5—7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.

Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 10—11 км. Определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

Структура Биосферы:

1. Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4…3,6•1012 т (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы (ок. 3•1018 т), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», поскольку живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик Земли. Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты.

2. Биогенное вещество — вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениямугля, нефти, карбонатных пород и т. д.

3. Косное вещество — продукты, образующиеся без участия живых организмов.

4. Биокосное вещество - вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.

5. Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.

6. Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.

7. Вещество космического происхождения.

Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности.

Это понятие не следует путать с понятием «биомасса», которое является частью биогенного вещества.

Термин введён В. И. Вернадским.

Живые организмы состоят из элементов, образующих газообразные (воздушные мигранты) и растворимые (водные мигранты) соединения. Между составом земной коры и живым веществом нет прямой зависимости. Более 98% живого составляют воздушные мигранты - кислород, углерод, водород, азот, с содержанием кислорода до 70%. Большая часть кислорода (свыше50%) связана с водородом и образует воду. Вода составляет в травах более 85%, крупных млекопитающих- свыше 60%, только споры и семена ее содержат не более 15%. Меньшая часть кислорода и водорода входит в состав белков, жиров, углеводов и других органических соединений.

Из водных мигрантов преобладают наиболее подвижные элементы в следующих соотношениях: кальция больше, чем алюминия и железа, калия больше, чем кремния (в земной коре наоборот). В живом веществе, в целом, мало ядовитых элементов - урана, ртути, селена, хотя они и образуют растворимые соединения. Низки так же содержания циркония, титана, тантала и других малоподвижных элементов.

Кларки концентрации элементов в живом веществе именуются биофильностью элементов. Наибольшей биофильностью обладает С - 7,8 * 104, менее биофильны азот - 160, Н- 70.

Близки по биофильности анионогенные элементы 0 - 1,5, Cl - 1,1. S- 1, P - 0,75, B - 0,83, Br -0,71. Наименее биофильны Fe - 0,002, Al - 0,0006. Такое соотношение биофильности основных элементов говорит о том, что состав живого вещества ближе коррелируется с составом атмосферы и гидросферы, чем литосферы.

Отмечено, что своеобразие климата и геологического строения определяют своеобразие химического состава живого вещества конкретных ландшафтов, их отличие от среднего состава живого вещества Земли. Например, живое вещество солончаков обогащено натрием, хлором, серой, в растениях степей - много кальция и мало алюминия, железа, растения влажных тропиков бедны кальцием и богаты алюминием. Средний химический состав живого вещества ландшафта является важным систематическим признаком ландшафтов.

Характерным химическим составом обладают как отдельные виды животных и растений, так и отдельные организмы Элементарный химический состав является важным систематическим признаком. Так, углерод составляет в ряске малой - 2,5% , в кладонии - 21,8%, в белой мыши - 12,5%, в бабочке-капустнице- 20,5%. Клевер содержит 0,01% натрия, солянки - 1,5-2,0% (данные в % от живой массы). Зола злаков богата окисью кремния, зола бобовых - кальцием, зола картофеля и подсолнечника - калием.

Следовательно, живое вещество, в особенности растительный покров является биогеохимическим барьером, на котором концентрируются воздушные мигранты - углерод, кислород, водород, азот, йод, а если считать накопление на золу, то на биогеохимическом барьере накапливается фосфор, сера, хлор, хром, барий, а в отдельных ландшафтах кальций, магний, натрии, цинк, медь, молибден и другие элементы.

Оставаясь важным диагностическим признаком вида, химический состав различных органов растений может быть неодинаков. Например, отмечено повышенное содержание металлов в листьях и тонких ветвях деревьев, меньше их в корнях и коре, минимальное содержание фиксируется в древесине. Химический состав организмов меняется в зависимости от сезона. Так, содержание кобальта, никеля, меди в листьях деревьев от весны к осени увеличивается в 2-3 раза. Содержание калия и фосфора в золе трав уменьшается от весны к осени. В целом сезонная изменчивость наиболее проявляется в молодых органах и меньше - в старых. Эти закономернсти в содержании элементов в растениях следует учитывать, сопоставляя данные биохимического опробования.

Однако накопление химических элементов в организмах не бесконечно, для него существует физиологический барьер поглощения. Он различен для разных растений и для разных химических элементов. Если для радия он достаточно высок, и содержание этого элемента в растениях растет с увеличением его концентрации в почве, то для урана предел низок, организмы быстро насыщаются и перестают поглощать его из почвы.

Растения, прекращающие поглощать избыточный элемент из почвы при росте его содержания в почве, называются барьерными. Их продуктивность, достигнув максимума при наиболее благоприятном количестве элемента, при его избытке не меняется. Безбарьерные растения реагируют на избыточное количество элемента в почве сначала ростом продуктивности, а затем ее сокращением и гибелью.

Нередко высокое содержание элемента в среде приводит к различным изменениям в физиологии и морфологии организмов и со временем закрепляются наследственностью, так появляется расы, вариететы и новые виды организмов: цинковая, литиевая, серпентинитовая, селеновая и прочие флоры, распространенные в зонах развития соответствующих пород (естественный отбор на химической основе).

Таким образом, химический состав некоторых организмов позволяет делать заключение о районе происхождения вида и путях его миграции. Например, виды растений, обогащенные хлористым натрием возникли в бессточных областях, на морских побережьях, с высоким содержанием алюминия - на латеритной коре выветривания.

Экологические группы организмов

Продуце́нты — организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических, то есть, все автотрофы. Это, в основном, зелёные растения(синтезируют органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза), однако некоторые виды бактерий-хемотрофов способны на чисто химический синтез органики без солнечного света.

Продуценты являются первым звеном пищевой цепи.

Редуце́нты (также деструкторы, сапротрофы, сапрофиты, сапрофаги) — микроорганизмы (бактерии и грибы), разрушающие отмершие остатки живых существ, превращающие их в неорганические и простейшие органические соединения.

От животных-детритофагов редуценты отличаются прежде всего тем, что не оставляют твердых непереваренных остатков (экскрементов). Животных-детритофагов в экологии традиционно относят к консументам. В то же время все организмы выделяют углекислый газ и воду, а часто и другие неорганические (аммиак) или простые органические (мочевина) молекулы и таким образом принимают участие в разрушении (деструкции) органического вещества.

Редуценты возвращают минеральные соли в почву и воду, делая их доступными для продуцентов-автотрофов, и таким образом замыкают биотический круговорот. Поэтому экосистемы не могут обходиться без редуцентов (в отличие от консументов, которые, вероятно, отсутствовали в экосистемах в течение первых 2 млрд лет эволюции, когда экосистемы состояли из одних прокариот).

Исследованиями Н. И. Базилевич и др. (1993) установлено, что в наземных экосистемах различают две группы факторов, регулирующих деструкционные процессы, играющие весьма существенную роль в биологическом круговороте.

Это прежде всего абиотические факторы — выщелачивание растворимых соединений, фотохимическое окисление органического вещества и реакции его механического разрушения вследствие замерзания—оттаивания.

Эти факторы наиболее проявляются в надземных ярусах экосистем, а биотические факторы — в почвенном. Абиотические факторы деструкции характерны для аридных и семиаридных ландшафтов (пустыни, степи, саванны), а также для континентальных высокогорий и полярных ландшафтов.

Биотические факторы деструкции — это в первую очередь сапротрофные организмы (беспозвоночные и позвоночные животные, микроорганизмы), населяющие почву и подстилку, причём ведущим фактором в наземных ландшафтах служит главным образом почвенная микрофлора.

Консументы (от лат. consumе — употреблять) — гетеротрофы, организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые автотрофами (продуцентами). В отличие от редуцентов, консументы не способны разлагать органические вещества до неорганических.

К консументам относят животных, некоторые микроорганизмы, а также паразитические и насекомоядные растения. Классифицируют консументов первого, второго и других порядков, так как на каждом этапе передачи вещества и энергии в трофической цепи теряется до 90 %, экологические пирамиды редко состоят из более чем четырёх порядков консументов.

Консументы первого порядка — растительноядные гетеротрофы (травоядные животные, паразитические растения), питаются непосредственно продуцентами биомассы.

Консументы второго порядка — хищные гетеротрофы (хищники, паразиты хищников), питаются консументами первого порядка.

Отдельно взятый организм может являться в разных трофических цепях консументом разных порядков, например, сова, поедающая мышь, является одновременно консументом второго и третьего порядка, а мышь — первого и второго, так как мышь питается и растениями, и растительноядными насекомыми.

Любой консумент является гетеротрофом, так как не способен синтезировать органические вещества из неорганических. Термин «консумент (первого, второго и так далее) порядка» позволяет более точно указать место организма в цепи питания. Редуценты (например, грибы, бактериигниения) также являются гетеротрофами, от консументов их отличает способность полностью разлагать органические вещества (белки,углеводы, липиды и другие) до неорганических (углекислый газ, аммиак, мочевина, сероводород), завершая круговорот веществ в природе, создавая субстрат для деятельности продуцентов (автотрофов).

Автотро́фы (др.-греч. αὐτός — сам + τροφή — пища) — организмы, синтезирующие органические соединения из неорганических.

Автотрофы составляют первый ярус в пищевой пирамиде (первые звенья пищевых цепей). Именно они являются первичными продуцентамиорганического вещества в биосфере, обеспечивая пищей гетеротрофов. Следует отметить, что иногда резкой границы между автотрофами и гетеротрофами провести не удаётся. Например, одноклеточная эвглена на свету является автотрофом, а в темноте — гетеротрофом.

Автотрофные организмы для построения своего тела используют неорганические вещества почвы, воды, воздуха. При этом почти всегда источником углерода является углекислый газ. При этом одни из них (фототрофы) получают необходимую энергию от Солнца, другие (хемотрофы) — от химических реакций неорганических соединений.

Фототрофы - организмы, для которых источником энергии служит солнечный свет (фотоны, благодаря которым появляются доноры — источники электронов), называются фототрофами. Такой тип питания носит название фотосинтеза. К фотосинтезу способны зелёные растения и многоклеточные водоросли, а также цианобактерии и многие другие группы бактерий благодаря содержащемуся в их клетках пигменту — хлорофиллу. Археи из группы галобактерий способны к бесхлорофилльному фотосинтезу, при котором энергию света улавливает и преобразует белокбактериородопсин.

Хемотрофы - остальные организмы в качестве внешнего источника энергии (доноров — источников электронов) используют энергию химических связей пищи или восстановленных неорганических соединений — таких, как сероводород,метан, сера, двухвалентное железо и др. Такие организмы называются хемотрофы. Все фототрофы-эукариоты одновременно являются автотрофами, а все хемотрофы-эукариоты — гетеротрофами. Среди прокариот встречаются и другие комбинации. Так, существуют хемоавтотрофные бактерии, а некоторые фототрофные бактерии также могут использовать гетеротрофный тип питания, то есть являются миксотрофами.

Гетеротро́фы (др.-греч. ἕτερος — «иной», «различный» и τροφή — «пища») — организмы, которые не способны синтезировать органические вещества из неорганических, путём фотосинтеза или хемосинтеза. Для синтеза необходимых для своей жизнедеятельности органических веществ им требуются экзогенные органические вещества, то есть произведённые другими организмами. В процессе пищеварения пищеварительные ферменты расщепляют полимеры органических веществ на мономеры. В сообществах гетеротрофы — это консументы различных порядков иредуценты. Гетеротрофами являются почти все животные и некоторые растения. По способу получения пищи делятся на две противопостовляемых группы: голозойных (животные) и голофитных или осмотрофных (бактерии, многие протисты, грибы, растения).

Растения-гетеротрофы полностью (заразиха, раффлезия) или почти полностью (повилика) лишены хлорофилла и питаются, прорастая в тело растения-хозяина.

К животным-гетеротрофам относятся все простейшие, не способные синтезировать органические вещества фото- или хемосинтезом. Однако существуют животные, способные в разных условиях питаться разными способами (эвглена зелёная).

Граница между автотрофами и гетеротрофами достаточно условна, так как существует множество видов, обладающих переходной формой питания — миксотрофией, либо использующие наиболее удобный в данных условиях тип питания.