Почвата като компонент на биосферата
Концепцията за биосферата. Биосферата е обвивката на живота, която включва растения, животни и микроорганизми. В известен смисъл към биосферата може да се отнесе човек като биологичен вид и почвата като продукт на дейността на живите организми.
Терминът "биосфера" е използван за първи път от Е. Зюс (австрийски геолог) през 1875 г., а учението за биосферата е създадено едва в началото на 20 век от трудовете на В.И. Вернадски.
В момента терминът "биосфера" се тълкува по два начина: в широк смисъл - биосферата се идентифицира с географската обвивка (с единствената разлика, че географската обвивка е по-стара от биосферата); в тесен смисъл биосферата е филм, „съсирек на живота“ и се разглежда паралелно с други черупки на Земята.
Горната граница на биосферата се приема за озонов екран, разположен на надморска височина от 25-27 km (това е височината, на която все още могат да се намерят някои спори и бактерии). Долната граница на биосферата преминава в литосферата на дълбочина 3-5 km (където се срещат органогенни скали и могат да присъстват бактерии). Тези граници са определени за биосферата, разбирана в широк смисъл.
Най-голямата концентрация на живот е в сравнително тесни граници, в контактната зона на три среди: вода, въздух и земя (почва). Повечето
заселени са хидросферата, долната част на тропосферата и почвата. Този тънък хоризонт с най-висока концентрация на жива материя се наричабиострома (жива покривка).
Смята се, че произходът на живота е възникнал преди около 3 милиарда години (в края на архейския период) в плитки водни тела, от които животът се е разпространил в океана и едва след това на сушата (при липса на озонов екран водата добре задържа вредното ултравиолетово лъчение). По времето на възникването на живота климатът на Земята е бил топъл и влажен.
Дълго време животът се „настаняваше“ в географската обвивка на петна, т.е. биосферата е била слабо развита и много прекъсната. През геоложката история разнообразието от живи организми се е увеличило, организацията им е станала по-сложна и общата им маса се е увеличила. Развитието на живота беше неравномерно. Някои видове са оцелели от архея до наши дни (например синьо-зелени водорасли), развитието на други линии доведе до появата на сложни форми на живи същества (примати, хора), развитието на други завърши с тяхното изчезване (динозаври, мамути и др.).
През цялата история на биосферата е имало около 500 милиона вида, а в момента има само около 2 милиона вида.
Широкото разпространение на живите организми на Земята беше подпомогнато от способността им да се адаптират към голямо разнообразие от условия на околната среда и високата им способност за възпроизвеждане. И така, микроорганизмите са открити в исландските гейзери при температура от +93 o C и дори във вечно замръзналите почви при много ниски температури. Спорите на някои бактерии остават жизнеспособни при t около +100 ° C и под -200 ° C. Потомството на една от бактериите при подходящи благоприятни условия може да запълни целия Световен океан за 5 дни, а детелината може да покрие цялата повърхност на Земята за 11 години.
В момента съставът на биосферата е доминиран от животни - има около 1,7 милиона вида. На Земята има около 400 хиляди вида растения, но по отношение на масата на материята растенията са многократно по-големи от масата на животните. Растенията представляват почти 97% от общата биомаса на Земята и само 3% от масата на животните и микроорганизмите. По-голямата част от биомасата е концентрирана на сушата, надвишава биомасата на океана 1000 пъти. В океана видовото разнообразие е много по-бедно.
Растителността на сушата образува почти непрекъсната покривка -фитосфера. Растителната маса се състои от надземни (стволове с клони, листа, игли; храсти, тревисти и мъхово-лишайни покривки) и подземни (корени на растенията). Например за смесена гора растителната маса е почти 400 t/ha, от които около 300 t/ha се падат на земната част, а 100 t/ha на подземната. На сушата биомасата обикновено нараства от полюсите към екватора, а броят на растителните и животинските видове също се увеличава в същата посока. В тундрата биомасата е приблизително 12 t/ha, в Taiga - около 320 t/ha, в смесени и широколистни гори - 400 t/ha, в степите намалява до 25 t/ha, а в пустини дори до 12 t/ha, в савана отново се увеличава до 100 t/ha и повече, в тропичните гори достига максимал до 100 t/ha и повече, в тропичните гори достига максимум до 100 t/ha и повече, в тропичните гори достига максимал от 500 t/ha и повече, в тропичните гори достига максимал от 500 t/ha и повече, в тропичните гори достига максимал от 500 t/ha и повече, в тропичните гори достига максимал от 500 t/ha и повече, в тропичните гори достига максимал до 100 t/ha и повече, в тропическите гори достига максимал до 100 t/ha и повече, в тропичните гори достига максимал от 500 t/ha. Най-малко растителни и животински видове има в арктическите пустини и тундри, най-много в екваториалните гори.
Растенията на сушата съдържат повече от 99% от общата биомаса на сушата, докато животните и микроорганизмите съдържат само по-малко от 1%. В океана това съотношение е обратно: растенията съставляват над 6%, докато животните и микроорганизмите съставляват около 94%. Общата биомаса на океана е само 0,13% от биомасата на цялата биосфера, въпреки че океанът заема площ, равна на 71%. Така откритият океан по същество е водна пустиня.
Нека разгледаме по-подробно компонентите на биосферата и тяхната роля в географската обвивка на Земята.
Микроорганизмите (микробите) са най-малките форми на живот и са всепроникващи. Микробите са открити през 17 век. А. Левенгук. Има следните групи микроби:
а) по структура: едноклетъчни организми (водорасли, гъби, протозои) - те имат относително голяма клетка от сложен тип (еукариоти); бактерии - организми, които са структурно по-прости (прокариоти);
б) отхимичен знак (източник на енергия за биохимични процеси): фотосинтезиращи микроорганизми - използват лъчистата енергия на Слънцето като източник на енергия и превръщат въглеродния диоксид в органичен въглерод (първични производители); хетеротрофни микроорганизми - получават енергия чрез разлагане на органични въглеродни молекули (молекулярни хищници); фотосинтетичните и хетеротрофните микроорганизми играят огромна роля в географската обвивка: те поддържат наличния въглерод на Земята в постоянно движение;
в) относно използването на кислород: аеробни - консумират кислород; анаеробни - не консумират кислород.
Броят на видовете микроорганизми е огромен и на Земята те са разпространени навсякъде. Те разграждат органичните вещества, усвояват атмосферния азот и т.н.
Растения е едно от царствата на органичния свят. Основната им разлика от другите живи организми е способността да създават органични вещества от неорганични, поради което се наричат автотрофи. В същото време зелените растения извършват фотосинтеза - процесът на превръщане на слънчевата енергия в органична материя. Растенията са основният първичен източник на храна и енергия за всички други форми на живот на Земята.
Растенията са източникът на кислород на Земята (екваториалните гори се наричат "белите дробове" на нашата планета). Растенията се считат за първични производители. Растенията хранят цялото човечество и в крайна сметка са източници на енергия и суровини. Растенията предпазват почвата от ерозия, регулират оттока и газовия състав в атмосферата.
В момента са известни почти 400 хиляди вида растения, които са разделени на по-ниски и по-високи. От средата на ХХ век. от царството на растенията се отделя самостоятелно царство - гъби, които преди това са били класифицирани като по-ниски.
От 40хиляди вида растения на Земята 25 хиляди вида - покритосеменни (цъфтящи). Най-богатата флора на Земята е флората на тропиците.
Животните са организми, които съставляват едно от царствата на органичния свят. Животните сахетеротрофи, т.е. хранят се с готови органични съединения. Почти всички животни са активно подвижни. На Земята има повече от 1,7 милиона животински вида, от които най-много са насекомите (около 1 милион).
Животните създават вторични продукти, засягат растителната покривка, почвата, разрушават и минерализират органичните вещества. Животните, подобно на растенията, играят огромна роля в човешкия живот.
Почвата може да действа и като компонент на биосферата в известен смисъл.Почвата е горният рохкав плодороден слой на земната кора, в който са разположени корените на растенията. Почвата е сложно образувание, състоящо се от две основни части: минерална (разрушени скали) и органична (хумус). Почвите покриват тънък слой - от 0 до 2 m - по-голямата част от земната повърхност.
Важно свойство на почвата е нейното плодородие, т.е. способността на почвата да произвежда растения. Почвата е основа за растежа на растенията, обиталище на голям брой живи същества. Почвите регулират водния баланс и влияят върху формирането на ландшафта. Известният български почвовед В. В. Докучаев нарича почвите „огледало на ландшафта“.
Почвите акумулират и преобразуват слънчевата енергия. Почвата е в основата на земеделското производство.
В биосферата непрекъснато протича биологичен (малък) цикъл. Взаимодействието на живите организми с атмосферата, хидросферата, литосферата се осъществява чрез биологичния цикъл на материя и енергия.
Биологичен цикълсе състои от два процеса:
- образуването на жива материя от нежива материя поради слънчевата енергия;
- разлагане и превръщане на органичната материя в прост минерал (инертен).
Първият процес е свързан с фотосинтезата, извършвана от зелени растения на сушата и в океана (водата). В зеления лист на растението, поради слънчевата светлина, с участието на хлорофил, органичната материя се образува от въглероден диоксид и вода и се освобождава свободен кислород. В допълнение, растенията с тяхната коренова система абсорбират разтворими минерални вещества от почвата: соли на азот, калий, калций, сяра, фосфор - и също така превръщат тези вещества в органични.
Разграждането на органичните вещества се извършва главно под въздействието на микроорганизми. Микроорганизмите използват органичната материя за своите жизнени процеси и въпреки че част от нея отива за образуването на нова органична материя (тялото на микроорганизма), значителна част от органичната материя се минерализира, т.е. органичната материя се разлага на най-прости съединения.
Образуването и разрушаването на органичната материя са противоположни, но неразделни процеси. Липсата на един от тях неизбежно ще доведе до изчезването на живота. Съвременният живот съществува на Земята благодарение на биологичния цикъл.
Благодарение на биологичния цикъл живите организми влияят на всички черупки на Земята. И така, почти целият кислород в земната атмосфера е от биогенен произход. Ако процесът на фотосинтеза спре, тогава свободният кислород бързо ще изчезне.
Голяма е и ролята на живите същества в хидросферата. Организмите непрекъснато консумират и отделят вода. Особено интензивен е процесът на транспирация (изпаряване на водата от растенията). Определя се и газовият и солевият състав на океанските водидейности на живите организми. Водите на сушата стават химически активни също до голяма степен под въздействието на живи организми.
Особено дълбоко и разнообразно е въздействието на живите организми върху литосферата. Проявява се в разрушаването на скалите (биологично изветряне), в образуването на органогенни скали: варовик, торф, кафяви и каменни въглища, нефт, газ, нефтени шисти. Запасите от органични вещества, натрупани в земната кора, са огромни. Те са в пъти по-големи от живата органична материя. Желязните, мангановите руди, фосфоритите също могат да бъдат от биогенен произход. Образуването им е свързано с дейността на специални бактерии.
Почвите са се образували на Земята само под въздействието на живи организми. Почвите се считат за сложно биоинертно образувание, което се образува в процеса на взаимодействие на жива материя с нежива материя. Основа за образуване на почвите са планинските почвообразуващи скали, а основен фактор в почвообразуването са микроорганизмите и растенията, в по-малка степен – почвените животни.