Эволюция биосферы

11. Эволюция биосферы.

 

До начала геологической  истории, когда температура земной поверхности была выше 100° С, жизнь на Земле зародиться и существовать не могла. Но когда температура стала ниже 100° С, произошло сильное обводнение поверхности и тем самым создалась обстановка, благоприятная для зарождения жизни. Процесс зарождения живого вещества из неживой материи чрезвычайно сложен, но необходим для создания биосферы и формирования глобального природного комплекса - географической оболочки.

Органический мир получает солнечную энергию не только в процессе фотосинтеза. Любая клетка живого организма поглощают солнечную радиацию и трансформируют ее в другие виды биохимической энергии, на основе которой они и развиваются и достоверность факта непосредственного поглощения клетками живого организма солнечной энергии не вызывает сомнения.

Эволюция химических соединений, приведшая к зарождению жизни, началась тоже с появления  на Земле масс жидкой воды, т. е. с  ранней геологической истории. Эта начальная фаза датируется разными исследователями неодинаково, расхождения составляют сотни миллионов лет. Точно так же по-разному оценивается продолжительность действия направленного процесса образования организмов. Время образования предбиологических систем (коацерватов) продолжалось около 1 млрд. лет. Самые ранние остатки живых организмов возрастом 3,1 млрд. лет обнаружены в сланцах Трансвааля в Южной Африке. Это бактериоподобные образования размером 0,56x0,24 мкм. В более поздних отложениях (1,9 млрд. лет) в районе озера Онтарио, где залегают черные сланцы, были найдены остатки многих видов ископаемых растений: от разнообразных одноклеточных до нитчатых форм. Многие из них напоминали современные сине-зеленые водоросли. Обнаруженные в Южной Австралии ископаемые остатки, датируемые 0,9-1,0 млрд. лет назад, т. е. -приблизительно конец среднего протерозоя, - относятся к весьма разнообразным организмам. Среди них отпечатки 13 видов медузообразных кишечнополостных, несколько видов организмов, близких восьмилучевым кораллам, некоторые виды червей и животных, не похожих на формы более позднего времени. Из выше изложенного видно, что еще задолго до кембрия жизнь на Земле была весьма многообразной. Уже существовал биотический круговорот вещества и энергии. В результате активного синтеза образовалось много кислорода, за счет которого в верхней атмосфере появился озон - защитный экран от проникновения на земную поверхность волн ультрафиолетовой радиации.

Палеозойская эра - это  время древней жизни. Суша в начале палеозоя представляла собой голую пустыню, лишенную как растительных, так и животных организмов. Лишь на прибрежных камнях встречались пленки водорослей и подушки растений, похожих на мох. В море же обильно развивались сине-зеленые и красные водоросли, а также представители почти всех типов животных. Среди них господствующее положение занимали первые членистоногие -трилобиты.

В силуре наряду с обогащением  моря организмами происходит массовое заселение суши растениями. В развитии биосферы выход растений на сушу.

В девоне продолжалось распространение растений на суше; население моря в общем сохранило свои особенности от прежнего времени.

Карбон известен как  период необычайного развития наземной растительности в условиях жаркого влажного климата. Такие условия способствовали произрастанию огромных древовидных плаунов, хвощей, папоротников и отложению их в прибрежных осадках.

Мезозойская эра, время "средней" жизни, характеризуется дальнейшим развитием растительного и животного  мира как на суше, так и на море.

В триасе произошло взрывное развитие пресмыкающихся и началось массовое распространение рептилий - динозавров, черепах, древних крокодилов, ихтиозавров. В конце периода появились первые млекопитающие.

Начиная с древнейших времен до современной эпохи шло  непрерывное развитие биосферы - увеличение разнообразия живых форм и усложнение их организации. Жизнь, зародившись в море, захватила и сушу. В результате жизнедеятельности организмов происходило существенное преобразование и среды, что в свою очередь влияло на развитие живого вещества. Извлекая из окружения средства существования, жизнь изменяет среду своего существования, а следовательно, должна изменяться и сама. Некоторые, вещества на длительное время исключались из биотического круговорота. Это - огромные залежи известняков, каменного угля, нефти, железных, марганцевых и медных руд и другие скопления. Биотический круговорот определяется как составная часть климатического круговорота вещества и энергии планеты. Живое вещество воздействует на все другие компоненты природной среды, что будет показано в следующей главе данной работы. Здесь же мы остановимся только на влиянии организмов на воздушную среду, чтобы вкратце завершить обзор эволюции биосферы.

Зеленые растения и фотосинтезирующие  бактерии путем фотосинтеза поглощали из воздушной среды углекислый газ и воду, а выделяли из нее кислород.

Общее уравнение фотосинтеза  выражается так:

свет СО₂ + Н₂О > хлорофилл > С(Н₂О) + О₂+120 ккал/моль.

Таким образом, в процессе фотосинтеза атмосфера обогащается  кислородом и теряет углекислый газ. Современный состав атмосферы (азот - 78% кислород - 21%, углекислый газ - 0,031%) - результат деятельности органического мира. Кроме этого существует озоновый слой О₃, и наибольшая концентрация озона приурочена к высоте 25 км над поверхностью Земли. Это экран, поглощающий вредное для живых организмов солнечное излучение Таким образом, жизнь, способствующая образованию озона, сама обеспечивает себе защиту от губительного воздействия ультрафиолетового излучения Солнца.

21. Почвенная биота.

Состав почвенно-биотического комплекса (ПБК).

 

Почвенная биота. Почва - сложнейшая система, одним из основных функциональных компонентов которой являются населяющие ее живые организмы. От деятельности этих организмов зависят характер и интенсивность биологического круговорота веществ, масштабность и интенсивность фиксации основного биогенного элемента — атмосферного азота, способность почвы к самоочищению и пр.

Огромная роль живых организмов в создании плодородия почв признавалась классиками отечественного почвоведения. Первые суждения о значении биологического фактора в почвообразовании были высказаны М. В. Ломоносовым, который в известной работе «О слоях земных» (1763) писал, что чернозем — не первообразная и не первозданная материя, он произошел от согнития животных и растущих тел со временем.

В. В. Докучаев — основатель учения о почве как особом природном  теле. Он впервые обратил внимание на значение микроорганизмов в процессе почвообразования. Это стало возможным благодаря работам Луи Пастера, заложившего фундамент учения о микроорганизмах.

П. А. Костычев в монографии «Почвы черноземной области России, их происхождение, состав и свойства» (1886) писал, что геология имеет второстепенное значение в вопросах о черноземе. Формирование этих почв связано с географией высших растений и физиологией низших, ответственных за разложение органического вещества. Значение почвенных организмов в жизни растений признавал и Д. И. Менделеев. В его письме к В. В.Докучаеву (1895) говорилось: «С огромным интересом прочел я Ваш ряд статей о почвоведении и бактериологии. Это не только вклад, за который Вам скажут спасибо в настоящем и будущем..., но и честь понимания научных основ... И так, земля —труп в сказаниях, а у нас она кормилица — живая. Научить этому, думаю, очень полезно и начинать в университетах пора»*.

Многие ученые обращали внимание на преобладающую роль биохимических процессов в почве, связывали урожайность сельскохозяйственных культур с активным функционированием микроскопических почвенных существ.

Профессор Петровской сельскохозяйственной академии (ныне Московская сельскохозяйственная академия им. К. А. Тимирязева) Г. Г. Густавсон в докладе «О микробиологических основах агрономии» показал, что почва представляет собой живую систему, огромную роль в которой играют низшие существа.

Значительная роль в  признании почвы как живой составляющей экосистемы принадлежит также Н. А. Димо, B.Л. Омелянскому,     Б. Б. Полынову,

C.А. Северину, Н. Н. Худякову.

Особое значение имеют  взгляды на почвенную биоту В. Р. Вильямса, который связывал ее с формированием малого биологического круговорота веществ на Земле, с обогащением почвы азотом в результате фиксации атмосферного азота.

Среди современных ученых, внесших большой вклад в развитие учения о почвенных организмах и их роли в создании почвенного плодородия, оздоровлении земли, необходимо отметить академиков М. С. Гилярова, Д. Г. Звягинцева, Е. Н. Мишустина, профессора В. Т. Емцеваидр.

В последнее время  значение почвенной биоты существенно возросло, и не только в связи с незаменимой ролью ее в формировании почвенного плодородия. При техногенном загрязнении компонентов биосферы, в том числе и почв, почвенная биота выполняет еще одну важную функцию — детоксикации различных соединений, присутствующих в почве и влияющих на состояние окружающей среды и качество сельскохозяйственной продукции.

Почвенный покров представляет собой самостоятельную земную оболочку — педосферу. Почва — продукт совместного воздействия климата, расти-тельнбсти, животных и микроорганизмов на поверхностные слои горных пород. В этой сложнейшей системе непрерывно происходят синтез и разрушение органического вещества, круговорот элементов зольного и азотного питания растений, детоксикация различных загрязняющих веществ, поступающих в почву, и т. д.

Эти процессы осуществляются благодаря уникальному строению почвы, которое представляет собой систему взаимосвязанных твердой, жидкой, газообразной и живой составляющих. Например, воздушный режим почвы тесно связан с ее влажностью. Оптимальное сочетание этих факторов способствует лучшему развитию высших растений. Последние, продуцируя большую биомассу, поставляют больше пищевого и энергетического материала для населяющих почву живых организмов, что улучшает их жизнедеятельность и способствует обогащению почвы питательными веществами и биологически активными соединениями. Твердая фаза почвы, в которой в основном сосредоточены источники питательных и энергетических веществ — гумус, органоминеральные коллоиды, катионы Са₂+, Mg₂- на поверхности почвенных частиц, взаимосвязана с почвенно-биотическим комплексом (ПБК).

Почвенные частицы, особенно кол лоидная и илистая фракции, благодаря большой суммарной поверхности обладают поглотительной способностью. Эта способность имеет большое экологическое значение, так как позволяет почве сорбировать различные соединения, в том числе токсичные, и тем самым препятствовать поступлению токсикантов в пищевые цепи.

Состав ПБК. В процессе превращения веществ и формирования потоков энергии огромную роль играют населяющие почву живые организмы, составляющие ПБК, без которого нет и не может быть почвы. Как писал В. Р. Вильяме (1947), замрет, прекратится эта жизнь — и бывшая почва станет объектом геологии.

ПБК представлен весомой (по массе) и разнообразной группой организмов. В 1г почвы содержится 3...90 млн бактерий, 0,1...35 млн актиномицетов, 8...1000 тыс. микроскопических грибов, 100 тыс. водорослей, 1,5...6 млн простейших.

Принято считать, что  верхний слой почвы в целом состоит из минеральной субстанции (93 %) и органического вещества (7 %). В свою очередь, органическое вещество включает мертвое органическое вещество (85 %), корни растений (1 %) и эдафон (5 %). В структуру эдафона входят бактерии и актиноми-цеты (40 %), грибы и водоросли (40 %), дождевые черви (12%), прочая микрофауна (5 %) и мезофауна (3 %).

Масса бактерий составляет примерно Ют/га; такую же массу имеют микроскопические грибы; масса простейших достигает порядка 370 кг/га и т. д.

На 1 га пашни приходится 250 тыс. дождевых червей (50... 140кг/га), на 1 га пастбища — 500...1575 тыс. (1150...1680 кг/га), на 1 га сенокосных угодий — 2...5,6 млн (более 2 т/га).

Среди животных организмов биосферы обитатели почвы характеризуются наибольшей биомассой. Исходя из предположения, что в среднем биомасса почвенной фауны составляет 300 кг/га, на площади 80 млн км2 почвенного покрова Земли (без пустынь) суммарная биомасса почвенных животных всего земного шара составляет 2,5 млрд т (Дювиньо, Танг, 1973). Деятельность почвенной фауны, или педофауны, состоит в разложении опада на комплексные органические производные (первоначальная функция дождевых червей); эти соединения затем переходят к бактериям, актиномицетам, почвенным грибам, высвобождающим из органических остатков исходные минеральные компоненты, которые опять ассимилируются продуцентами.

Все эти организмы  находятся в постоянном взаимодействии; они очень динамичны в пространстве и во времени; некоторые из них обладают необычайно мощным ферментативным аппаратом и способностью выделять в окружающую среду различные токсины.

От деятельности почвенной  биоты зависит плодородие почвы, ее «здоровье», качество сельскохозяйственной продукции, состояние окружающей среды. Знание особенностей функционирования ПБК в различных экологических условиях принципиально важно для создания продуктивных и устойчивых агроэкосистем, производства экологически безопасной сельскохозяйственной продукции и минимизации загрязнения биосферы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31. Дать характеристику классов: экологическая норма, экологический риск, экологический кризис, экологическое бедствие.

 

Экологическая норма - удовлетворительное (благоприятное) состояние экосистемы.

Экологический риск - вероятность возникновения загрязнения окружающей среды.