Читайте также:
|
|
Лекция 3
К числу интегральных характеристик биосферы как целостной системы следует отнести ее общую биомассу и биологическую продуктивность, энергетику, информационный “фонд” и общепланетарный биологический круговорот. Данные характеристики изменялись в процессе эволюции жизни и биосферы.
Изменение общей биомассы и продуктивности.
Большинство биологов считает, что в ходе истории живых организмов возрастало общее количество живого вещества, о чем свидетельствовали нарастающие разнообразие организмов, завоевание все новых экологических зон и дифференциация экологических ниш. Геологи, биогеохимики и философы скептически относятся к возможности однозначно решить этот вопрос. Так, В. И. Виноградов пришел к выводу, что ни видовой состав биосферы, ни ее пространственное строение не определяют количества живого вещества. Биомасса биосферы всецело обусловлена наличием тех элементов и определенных условий в пределах земной коры, которые необходимы для построения органического вещества. Уже первичные организмы в кратчайший срок (геологического времени) использовали все потенциальные возможности для увеличения биомассы.
Были сделаны попытки сравнения количество биомассы в современной биосфере и биосферах прошлого. Для этого использовали коэффициент фоссилизации органического углерода (0,8% органического углерода уходит в захоронение с осадочными породами) и показатели содержания органического углерода в осадочных породах разного возраста. Рассчитали суммарную биомассу биосферы за все время ее существования, взятое условно за 600 млн лет. Даже при столь заниженном возрасте оказалось, что годовая продукция органического углерода в современной биосфере превышает объем средней годовой продукции в биосферах прошлого в 29,5 раз. Полученный результат хорошо согласуется с данными о содержании углерода в осадочных породах палеозоя, мезозоя и кайнозоя, которые показывали постепенное возрастание содержания органического углерода в суммарной биомассе фоссилизирующего углерода. Так, среднее содержание углерода в палеозойских отложениях - 0,62 %, в мезозойских - 0,68 и в кайнозойских - 1,32 %.
Расчет биомассы прошлых биосфер на основе данных по содержанию органического углорода в породах разного возраста был подвержен критике. Факт увеличения содержания органического углерода в более молодых породах объясняется прежде всего увеличением биомассы и биоактивности растений, усилением перехода их остатков в ископаемое состояние, а также потерями летучих соединений древними отложениями. Также неизвестно, какая часть отмершей части переходит в ископаемое состояние. Так, в эволюционном ряду хвойные леса - лиственные леса - травянистые сообщества шло уменьшение процента органики, поступающей в захоронение. Фитоценозы последних этапов развития биосферы отличаются все более замкнутым биологическим круговоротом, почвами с все более быстро мигрирующей органикой и с все меньшим содержанием органических веществ, выключенных из биологического круговорота.
Интересными являются данные по биомассе океана и суши, так как долгое время область жизни была ограничена гидросферой. Сравнение продукции океана и суши показывает, что продуктивность биосферы, количество вовлекаемых в биологический круговорот элементов увеличилось по крайней мере в три-четыре раза при освоении суши жизнью. В океане, биологическая структура которого сложилась в конце палеозоя, биомасса равняется 3,42 млрд т сухой массы. В более молодых наземных экосистемах биомасса составляет, по данным разных авторов, 1,8*1012 т (А. М. Рябчиков), 2,42*1012 т (Н. И. Базилевич), 2,63*1012 т (И. А. Суетова) и даже 3,1*1012 -1,0*1013 т (В. А. Ковда). Даже при столь различных данных по биомассе суши ясно, что биомасса океана в современном балансе планеты по весу играет менее значительную роль. Однако и эти данные по соотношению биомассы суши и океана нельзя трактовать однозначно. Удержание химических элементов в биологическом круговороте суши могло заметно снизить биологическую продуктивность океана.
Кроме величины биомассы в эволюции жизни и биосферы существенную роль сыграло изменение продуктивности экосистем. Биомасса большинства травянистых растений почти полностью минерализуется в 1-2 года, в то время как биомасса стволов, корней, ветвей деревьев остается живой десятки и сотни лет. Поэтому аккумулятивное значение травянистого покрова в биосфере не меньше, а, возможно, больше, чем лесной растительности. Особенно это касается таких явлений, как гумусообразование и биогеохимия углерода, азота, кремния, кальция, калия, фосфора. По подсчетам В. А. Успенского (1956), в результате биологических процессов в ненарушенных экосистемах (дыхание, разложение, жизнедеятельность беспозвоночных, грибов, бактерий и др.) продуцируется огромное количество углекислоты - 13,5 . 10 10 т/год. Интенсивность циклических процессов образования живого вещества за время существования биосферы, по мнению Успенского, возросло в 29 раз. Травянистые растения сыграли в этом не последнюю роль.
В ходе эволюции биосферы менялось соотношение между продуцентами, консументами и редуцентами. Если в океане, древнейшей части биосферы, биомасса продуцентов составляет всего 1/16 часть, то на суше биомасса растений более чем в 99 раз превышает биомассу животных и микроорганизмов.
Большинство биологов считает, что живое вещество биосферы, используя непрерывность поступления космической энергии, развивалось по принципу «самоуправляемого расширенного воспроизводства» биомассы, численности организмов, их разнообразия и растущей сложности.
Изменение энергетики биосферы. Увеличение биомассы и накопление ископаемого органического вещества изменяют энергетику атмосферы. Только в месторождениях горючих ископаемых сконцентрировано более 1×1013 т органического вещества, а всего в осадочных породах - около 3,48×1015 т. Энергия, накопленная в осадочных породах, равняется 1×1025 Дж. Гумусовая оболочка суши содержит примерно такое же количество связанной энергии, как и надземная биомасса (табл. 2). Ископаемые источники энергии (угля, сланцев, торфа, нефти, газа), созданные биосферами прошлого, на 2-3 порядка выше. При этом не учитывается энергия, связанная в рассеянном органическом веществе толщ осадочных пород. Биосфера как автотрофная система оказалась в состоянии не только обеспечивать космической энергией свои потребности, но и аккумулировать значительные ресурсы энергии.
Таблица 2
Дата добавления: 2015-04-20; просмотров: 43 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |