Ґрунт як компонент біосфери
Поняття про біосферу. Біосфера - це оболонка життя, яка включає рослини, тварини і мікроорганізми. У певному сенсі до біосфери можна віднести людину як біологічний вид і грунт як продукт діяльності живих організмів.
Термін «біосфера» вперше вжив Е.Зюсс (австрійський геолог) у 1875 р., а вчення про біосферу було створено лише на початку XX століття працями В.І. Вернадського.
В даний час термін «біосфера» трактується двояко: у широкому сенсі – біосфера ототожнюється з географічною оболонкою (з тією лише різницею, що географічна оболонка старша за біосферу); у вузькому значенні – біосфера – це плівка, «потік життя», і розглядається паралельно коїться з іншими оболонками Землі.
За верхню межу біосфери приймають озоновий екран, що знаходиться на висоті 25-27 км (це висота, на якій можуть зустрічатися деякі суперечки і бактерії). Нижня межа біосфери проходить у літосфері на глибині 3-5 км (там, де залягають органогенні гірські породи та можуть бути бактерії). Ці межі визначаються для біосфери, яка розуміється в широкому сенсі.
Найбільша концентрація життя знаходиться у порівняно вузьких межах, у зоні контакту трьох середовищ: води, повітря та суші (ґрунти). Найбільш
заселеними є гідросфера, нижня частина тропосфери та ґрунт. Цей тонкий горизонт із найбільшою концентрацією живої речовини отримав назвубіострому (живого покриву).
Вважають, що зародження життя відбулося приблизно 3 мільярди років тому (наприкінці архею) у мілководних водоймах, з яких життя поширилося на океан, а вже потім і на сушу (без озонового екрану вода добре затримувала згубне ультрафіолетове випромінювання). У період зародження життя клімат Землі був теплим і вологим.
Тривалий час життя «розташовувалося» у географічній оболонці плямами, тобто. біосфера була слабо розвинена і дуже уривчаста. Протягом геологічної історії збільшувалася різноманітність живих організмів, ускладнювалася їхня організація, зростала їхня загальна маса. Розвиток життя йшов нерівномірно. Одні види збереглися з архея донині (наприклад, синьо-зелені водорості), розвиток інших ліній призвело до виникнення складних форм живого (примати, людина), розвиток третіх закінчилося їх вимиранням (динозаври, мамонти тощо.).
За історію біосфери існувало близько 500 мільйонів видів, нині налічується лише близько 2 мільйонів видів.
Широкому поширенню живих організмів на Землі допомогла їх здатність пристосовуватися до найрізноманітніших умов середовища та висока здатність до розмноження. Так, мікроорганізми були виявлені в ісландських гейзерах при температурі +93 про З, і навіть багаторічномерзлих грунтах при дуже низьких температурах. Спори деяких бактерій зберігають життєздатність при t про +100 про З нижчою –200 про З. Нащадок однієї з бактерій за відповідних сприятливих умов міг би за 5 діб заповнити весь Світовий океан, а конюшина за 11 років міг би покрити всю поверхню Землі.
Нині за складом у біосфері переважають тварини – їх налічується близько 1,7 мільйонів видів. Рослин на Землі близько 400 тисяч видів, натомість за масою речовини рослини у багато разів перевищують масу тварин. Перед рослин припадає майже 97% всієї біомаси Землі і лише 3% - на масу тварин і мікроорганізмів. Переважна частина біомаси зосереджена суші, вона перевищує біомасу океану 1000 раз. В океані набагато бідніша і видова різноманітність.
Рослинність на суші утворює майже суцільний покрив.фітосферу. Рослинна маса складається з надземної (стволи з гілками, листям, хвоєю; чагарники, трав'янистий і мохово-лишайний покрив) та підземної (коріння рослин). Наприклад, для змішаного лісу рослинна маса становить майже 400 т/га, їх на наземну частину припадає близько 300 т/га, але в підземну – 100 т/га. На суші біомаса в цілому збільшується від полюсів до екватора, у цьому напрямку зростає і кількість видів рослин і тварин. У тундрі біомаса становить приблизно 12 т/га, у тайзі – близько 320 т/га, у змішаних та широколистяних лісах – 400 т/га, у степах знижується до 25 т/га, а у пустелях навіть до 12 т/га, савана знову збільшується до 100 т/га і більше, в тропічних лісах досягає максимуму - 500 т/га. Найменша кількість видів рослин та тварин - в арктичних пустелях та тундрах, найбільша – в екваторіальних лісах.
Рослини на суші містять більше 99% всієї біомаси суші, а тварини та мікроорганізми – лише менше 1%. В океані це співвідношення зворотне: рослини становлять понад 6%, а тварини та мікроорганізми – близько 94%. Сумарна біомаса океану становить лише 0,13% біомаси всієї біосфери, хоча океан і займає площу, що дорівнює 71%. Таким чином, відкритий океан є, по суті, водною пустелею.
Розглянемо докладніше компоненти біосфери та його роль географічної оболонці Землі.
Мікроорганізми (мікроби) - це найдрібніша з форм життя і всепроникна. Мікроби було відкрито XVII в. О.Левенгуком. Розрізняють такі групи бактерій:
а) за будовою: одноклітинні організми (водорості, грибки, найпростіші одноклітинні) – вони мають порівняно велику клітину складного типу (еукаріоти); бактерії – організми простіші у структурному відношенні (прокаріоти);
б) захімічної ознаки (джерелу енергії для біохімічних процесів): фотосинтезуючі мікроорганізми - використовують як джерело енергії променисту енергію Сонця і перетворюють вуглекислий газ в органічний вуглець (первинні виробники); гетеротрофні мікроорганізми – одержують енергію шляхом розкладання молекул органічного вуглецю (молекулярні хижаки); фотосинтезуючі і гетеротрофні мікроорганізми грають величезну роль географічної оболонці: вони підтримують у постійному русі наявний Землі вуглець;
в) з використання кисню: аеробні – споживають кисень; анаеробні – не споживають кисень.
Кількість видів мікроорганізмів величезна, і Землі вони поширені всюди. Вони розкладають органічну речовину, асимілюють атмосферний азот тощо.
Рослини - одне з царств органічного світу. Головна їхня відмінність від інших живих організмів – здатність створювати органічні речовини з неорганічних, тому їх називаютьавтотрофами. При цьому зелені рослини здійснюють фотосинтез – процес перетворення сонячної енергії на органічну речовину. Рослини – головне первинне джерело їжі та енергії всім інших форм життя Землі.
Рослини є джерелом кисню Землі (екваторіальні ліси називають «легкими» нашої планети). Рослини вважаються первинними продуцентами – виробниками. Рослини годують все людство, зрештою є джерелами енергії та сировини. Рослини захищають ґрунт від ерозії, регулюють стік та газовий склад в атмосфері.
Нині відомо майже 400 тисяч видів рослин, які поділяються на нижчі та вищі. Із середини XX ст. із царства рослин виділяють самостійне царство – гриби, які раніше відносили до нижчих.
З 40тисяч видів рослин Землі 25 тисяч видів – покритонасінні (квіткові). Найбагатшою флорою Землі є флора тропіків.
Тварини - організми, що становлять одне з царств органічного світу. Тварини єгетеротрофами, тобто. живляться готовими органічними сполуками. Майже всі тварини активно рухливі. На Землі існує понад 1,7 мільйонів видів тварин, у тому числі найбільше видів становлять комахи (близько 1 млн.)
Тварини створюють вторинну продукцію, впливають на рослинний покрив, грунт, руйнують і мінералізують органічні речовини. Тварини, як і рослини, грають величезну роль життя людини.
Компонентом біосфери у певному сенсі може виступати і ґрунт.Грунт – верхній пухкий родючий шар земної кори, в якому розподілено коріння рослин. Ґрунт – це складне утворення, що складається з двох основних частин: мінеральної (зруйновані гірські породи) та органічної (гумус). Ґрунти покривають тонким шаром – від 0 до 2 м – більшу частину поверхні Землі.
Важливою властивістю ґрунту є її родючість, тобто. здатність ґрунту виробляти рослини. Грунт є основою зростання рослин, житлом великої кількості живих істот. Ґрунти регулюють водний баланс, впливають формування ландшафту. Відомий український ґрунтознавець В.В.Докучаєв називав ґрунти «дзеркалом ландшафту».
Ґрунти акумулюють та перетворюють сонячну енергію. Ґрунт – це основа сільськогосподарського виробництва.
У біосфері безперервно протікає біологічний (малий) кругообіг. Взаємодія живих організмів з атмосферою, гідросферою, літосферою відбувається за допомогою біологічного круговороту речовин та енергії.
Біологічний кругообігскладається з двох процесів:
- Утворення живої речовини з неживої за рахунок сонячної енергії;
– розкладання та перетворення органічної речовини на просте мінеральне (кісне).
Перший процес пов'язані з фотосинтезом, здійснюваним зеленими рослинами суші й у океані (воді). У зеленому листі рослини за рахунок сонячного світла за участю хлорофілу з вуглекислого газу та води утворюється органічна речовина та виділяється вільний кисень. Крім того, рослини своєю кореневою системою поглинають із ґрунту розчинні мінеральні речовини: солі азоту, калію, кальцію, сірки, фосфору – і також перетворюють ці речовини на органічні.
Розкладання органічної речовини відбувається, головним чином під впливом мікроорганізмів. Мікроорганізми для своїх життєвих процесів використовують органічну речовину, і, хоча частина її йде на утворення нової органічної речовини (тіло мікроорганізму), значна частина органічної речовини у своїй мінералізується, тобто. органічна речовина розкладається до найпростіших сполук.
Утворення та руйнування органічної речовини – протилежні, але невіддільні один від одного процеси. Відсутність однієї з них неминуче призведе до зникнення життя. Сучасне життя існує на Землі завдяки біологічному кругообігу.
Завдяки біологічному кругообігу живі організми впливають на всі оболонки Землі. Так майже весь кисень в атмосфері Землі біогенного походження. Якщо припиниться процес фотосинтезу, вільний кисень швидко зникне.
Велика роль живих істот у гідросфері. Організми безперервно споживають та виділяють воду. Особливо інтенсивний процес транспірації (випаровування води рослинами). Газовий та сольовий склад вод океану також визначаєтьсядіяльністю живих організмів. Води суші стають хімічно активними також значною мірою під впливом живих організмів.
Вплив живих організмів на літосферу особливо глибоко і різноманітно. Воно проявляється у руйнуванні гірських порід (біологічне вивітрювання), утворенні органогенних порід: вапняки, торф, буре і кам'яне вугілля, нафта, газ, горючі сланці. Запаси накопиченої у земній корі органічної речовини величезні. Вони у багато разів перевершують живу органічну речовину. Залізні, марганцеві руди, фосфорити можуть мати біогенне походження. Їх освіту пов'язані з діяльністю спеціальних бактерій.
Тільки під впливом живих організмів Землі утворилися грунту. Ґрунти вважаються складним біокосним утворенням, яке формується у процесі взаємодії живої речовини з неживим. Основою для утворення ґрунтів є гірські ґрунтоутворюючі породи, а головним фактором ґрунтоутворення служать мікроорганізми та рослини, меншою мірою – ґрунтові тварини.