17.3 Литосфера.

Это «каменная оболочка» Земли, верхняя часть земной коры. Когда рассматривают литосферу как часть биосферы, то имеют ввиду ее поверхностную часть, измельченную в процессе физического, химического и биологического выветривания и содержащую, кроме минерального также и органическое вещество. Эта часть литосферы представляет собой сложное биокосное тело, которое обладает особыми свойствами и функциями и называется почвой или эдафосферой (педосферой). Почва представляет собой сложную полидисперсную трехфазную систему, включающую твердую (минеральные частицы), жидкую (почвенная влага) и газообразную фазы.

Состав и размеры минеральных частиц (твердая фаза) определяют механические свойства почвы, по которым различают почвы песчаные, супесчанные, суглинистые, глинистые. Механический состав и структура почв является ведущим фактором формирования их свойств как среды обитания живых организмов: аэрации почв, их влажности и влагоемкости, теплоемкости и термического режима, условий передвижения животных в почве, распределения корней растений и деревьев и т.д. Некоторые животные и растения избирательно поселяются на определенных типах почв, например, псаммофильные растения и животные обитают только на песчаных почвах, петрофильные – на каменистых и т.д. Минеральные частицы занимают 40-70% общего объема почвы, остальное пространство – это система пор , полостей и канальцев, занятых воздухом и водой.

Вода (почвенная влага) может находиться в почве в трех состояниях: гравитационном, капиллярном и прочносвязанном (гигроскопическом). Гравитационная вода заполняет крупные поры и полости в почве и доступна растениям. Это вода, проникшая с поверхности суши в почву в результате атмосферных осадков. Она обладает различными свойствами в зависимости от состава растворенных веществ. рН воды может колебаться от кислого 3-3,5 (сфагновые болота) до 10-11 сильно щелочного (солонцы).

Вода, заполняющая поры малого диаметра и под действием сил поверхностного натяжения капиллярого мениска подсасывается вверх на расстояние, обратно пропорциональное диаметру капилляра. На этом механизме основано увлажнение почвы снизу, а также потеря влаги почвой испарением ее с почвенной поверхности, в результате которого может произойти поднятие солевого горизонта, что приводит к засолению почв. Эту часть почвенной влаги называют капиллярной; она образует влажный горизонт почвы.

Молекула воды – диполь, поэтому в силу молекулярного притяжения молекулы легко образуют пленки вокруг мелких минеральных и коллоидных частиц в почве. Такая пленка толщиной 2-3 молекулы воды удерживается на поверхности частиц с большой силой, поэтому гигроскопическая (прочносвязанная) влага недоступна растениям. При засухе может возникать явление физиологической сухости почвы, т.е. влага в почве содержится, но только в не извлекаемой растениями, гигроскопической форме.

Воздух заполняет поры и полости, свободные от воды. Воздух проникает в почву из атмосферы путем диффузии газов между атмосферой и поверхностными горизонтами почвы по градиенту давления. Почвенный воздух близок по составу атмосферному, т.к. идет непрерывный газообмен между ними. Но в газообразной фазе почвы кислорода меньше, он поглощается в процессе дыхания живых организмов и разложения органических остатков, а СО₂ больше из-за активного выделения ее обитателей. Таким образом, почвенный воздух отличается более широкими колебаниями соотношения различных газов.

Органическое вещество является обязательным компонентом почвы и образуется в результате разложения мертвых организмов. Часть органического вещества формируется в самой почве, значительная часть попадает в почву из наземных экосистем. Они подвергаются процессам разложения с участием беспозвоночных животных, грибов и бактерий. Состав органических веществ многообразен и включает белки, жиры, углеводы и другие вещества. Некоторая доля органических веществ полимеризуется (образуются более сложные соединения), что повышает их устойчивость к воздействию микроорганизмов-разрушителей. Так образуется гумус, который долго накапливается в почве и медленно разлагается. Входящие в состав гумуса фульвокислоты активно разлагают минеральные вещества, способствуя процессу почвообразования. Гуминовые кислоты участвуют в создании пористой структуры почвы, что улучшает водные и воздушные ее свойства и режим питания растений.

Как среда жизни почва занимает как бы промежуточное положение между атмосферой и гидросферой: она обладает структурированностью, здесь возможно обитание организмов с различным типом дыхания, имеет место вертикальный градиент проникновения света – все это определяет распространение жизни в почве в основном до глубины 8-10м (корни деревьев, норы и ходы грызунов, микроорганизмы). Обитание рыб на глубине 100м и более, бактерий в водах, сопровождающих залежи нефти на глубине до 3 км лишь формально отодвигает границу распространения жизни в литосфере, т.к. в этих случаях можно говорить только о своеобразных участках биосферы.

Все три составные части биосферы – гидросфера, атмосфера и литосфера тесно взаимосвязаны друг с другом и составляют вместе единую функциональную систему. Так почва связана с гидросферой:

• участвуя в формировании речного стока, путем выноса почвенных и грунтовых вод в водоемы;

• образуя биопродуктивность водоемов, т.к. вместе с водой переносятся и растворенные в ней органические вещества почвы;

• выступая в роли фильтра, защищает водоемы от загрязнений.

Связь почвы с атмосферой прослеживается в регулировании энергетического баланса биосферы – поглощая и отражая солнечную энергию, почва принимает участие в формировании влагооборота атмосферы и ее газового режима. С литосферой почва связана наиболее прямым путем: она возникла из верхних слоев литосферы и своей жизнедеятельностью способствует дальнейшему геохимическому преобразованию этих слоев. И в тоже время почва служит источником вещества для образования минералов, горных пород, полезных ископаемых и способствует переносу аккумулированной солнечной энергии в глубокие части литосферы.

Функциональная взаимосвязь составных частей биосферы включает и процессы, которые происходят в круговорот воды, энергетические связи, атмосфере и гидросфере, осуществляемые через тепловое излучение и процессы фотосинтеза, химические связи: растворение в водах О₂ и СО₂ , имеющее важное значение в формировании условий жизни гидробионтов. Этот процесс поддерживает систему динамического равновесия в водной среде по принципу: см Шилова, стр29

Атмосфера СО₂

 

Океан СО₂ + Н₂О  Н₂СО₃  НСО^-₃ + Н⁺  СО^2-₃ + 2Н⁺

В целом функциональная взаимосвязь составных частей биосферы формирует ее как глобальную саморегулирующую экосистему, которая обеспечивает устойчивый глобальный круговорот веществ. В ней особое положение занимают разнообразные живые организмы, названные В.И.Вернадским «живым веществом».

Вопросы для обсуждения

1. Состав эдосферы?

2. Виды, происхождение и функция воды в почве?

3. Состав почвенного воздуха?

4. Процесс образования гумуса?

5. Функциональная взаимосвязь всех трех составляющих сфер биосферы?