Ewolucja organizmów żywych Ziemi i ich odbicie w otoczce geograficznej. Struktura i właściwości powłoki geograficznej

WYKŁAD 4. WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE ŚRODOWISKA GEOGRAFICZNEGO

Ogólne cechy koperty geograficznej.Koperta geograficzna - Jest to system materialny, który powstał na powierzchni Ziemi w wyniku oddziaływania i przenikania się litosfery, atmosfery i hydrosfery nasyconej organizmami. Ciała naturalne otoczki geograficznej (skały, woda, powietrze, roślinność, materia żywa) charakteryzują się różnymi stanami skupienia (stały, ciekły, gazowy) i różnymi poziomami organizacji materii (nieożywiona, żywa i bioobojętna – wynik interakcji substancji żywych i nieożywionych).

Kopertę geograficzną tworzą dwa zasadniczo różne typy materii:atomowo-molekularny materia „nieożywiona” iatomowo-organizm „żywą” substancją. Te pierwsze mogą jedynie uczestniczyć w procesach fizykochemicznych, w wyniku których mogą pojawić się nowe substancje, ale z tych samych pierwiastków chemicznych. Drugi ma zdolność reprodukcji własnego rodzaju, ale o innym składzie i wyglądzie. Oddziaływania pierwszego wymagają zewnętrznego wydatku energetycznego, drugie zaś posiadają własną energię i mogą ją uwalniać w trakcie różnorodnych interakcji. Obydwa rodzaje materii powstały jednocześnie i funkcjonują od początku formowania się kul ziemskich. Pomiędzy częściami powłoki geograficznej następuje ciągła wymiana materii i energii, objawiająca się cyrkulacją atmosferyczną i oceaniczną, ruchem wód powierzchniowych i podziemnych, lodowcami, ruchem organizmów i materii żywej itp. Dzięki ruchowi materia i energia, wszystkie części powłoki geograficznej są ze sobą powiązane i tworzą integralny system.

Zróżnicowany skład i stany materii, formy energii oraz wzajemne oddziaływanie ciał naturalnych w otoczce geograficznej w toku długiej ewolucji doprowadziły do ​​jej złożonego zróżnicowania przestrzennego. Powstały heterogeniczne części otoczki geograficznej - kompleksy przyrodniczo-terytorialne i wodne, czyli krajobrazy różnej rangi: od krajów i stref geograficznych po trakty i facje. Zatem będąc jedną całością, powłoka geograficzna składa się jednocześnie ze stosunkowo niezależnych, ale zawsze powiązanych ze sobą i współzależnych części. Otoczka geograficzna jest kolebką życia, które w różnych formach i przejawach towarzyszy mu od początkowych stadiów jego powstania. Organizmy żywe zawsze miały wpływ na kształtowanie się elementów otoczki geograficznej. Z biegiem czasu, wraz z poprawą form życia, ich rozpowszechnieniem i liczebnością, rola materii żywej wzrosła i coraz bardziej się zmieniała oraz poprawiała wygląd otoczki geograficznej.

Większość badaczy, podążając za S.V. Kalesnikiem, nazywa połączone i współzależne ciało materialne, które otacza planetę Ziemię wszędzie, jako powłokę geograficzną. Są inne nazwy - zewnętrzna skorupa ziemi (PI Brounov),epigeosfera (A. G. Isachenko),epigeneza (RI Abolin),skorupa fizjograficzna (A. A. Grigoriew),biogenosfera (I.M. Zabelin),kula krajobrazu (Yu. K. Efremov, F. N. Milkov), ale nie były one powszechnie stosowane.

Składniki otoczki geograficznej.Koperta geograficzna lubglobalna geosfera, składa się z nierozerwalnego kompleksu częściowych geosfer, zajmowanych głównie przez jeden składnik określonego stanu i funkcjonujących wspólnie w obecności fauny i flory. Litosfera, atmosfera Ihydrosfera tworzą prawie ciągłe muszle.Biosfera jako zbiór organizmów żywych w określonym siedlisku nie zajmuje niezależnej przestrzeni, ale całkowicie (hydrosfera) lub częściowo (atmosfera i litosfera) opanowuje wyżej wymienione sfery. W naukach o Ziemi pojęcie „otoczki geograficznej” obejmuje wszystkie organizmy żywe (każda konkretna kula ma swoją własną faunę i florę, która jest jej nierozerwalnym składnikiem), więc samodzielna identyfikacja biosfery nie jest konieczna. W biologii natomiast rozróżnienie na biosferę jest uzasadnione. Zajmij określone stanowisko kriosfera (kula zimna) ipedosfera (pokrywa gleby).

Koperta geograficzna charakteryzuje się identyfikacją podziałów strefowo-prowincjonalnych, które nazywane sąkrajobrazy, Lubgeosystemy. Kompleksy te powstają w wyniku pewnego oddziaływania i integracji geokomponentów. Najprostsze geosystemy powstają w wyniku interakcji materii na obojętnym poziomie organizacji. Np. lodowce wraz z ich łożyskiem i przyległymi warstwami powietrza, dorzecze jako system przepływu wód wraz z częścią powierzchni ziemi i wodami gruntowymi itp. Bardziej złożone zależności występują w geosystemach, takich jak naturalne kompleksy terytorialne lub krajobrazowe. Odpowiadają one blokom otoczki geograficznej, obejmującej odcinek skorupy ziemskiej z glebą, biocenozę i część troposfery o określonej grubości. W oceanach wyróżnia się podwodne krajobrazy i kompleksy wodne.

Istota powłoki geograficznej. Każda z geosfer ma inne, unikalne właściwości i różni się cechami strukturalnymi. Grawitacyjne zróżnicowanie substancji Ziemi doprowadziło do koncentracji znacznej części najcięższych pierwiastków w jądrze, podczas gdy w skorupie ziemskiej dominują tlen (około 50%) i krzem (26%). Rozkład głównych pierwiastków chemicznych w geosferach podano w tabeli. 4.1.

Pierwiastki chemiczne w powłoce geograficznej są obecnewolny stan (w powietrzu), wpostać jonów (w wodzie) izłożone związki (organizmy żywe, minerały itp.).

Najczęstszymi substancjami w obszarze geograficznym są skały i minerały, wody naturalne, lód, powietrze, materia żywa, gleba i skorupa wietrzna.

Granice koperty geograficznej.Większość naukowców w to wierzyGórna granica Koperta geograficzna odpowiada poziomowi najwyższego stężenia warstwy ozonowej, znajdującemu się na wysokości 25-28 km. Inni badacze, utożsamiając otoczkę geograficzną z krajobrazową, wyznaczają jej zewnętrzną granicę wzdłuż górnej granicy troposfery, biorąc pod uwagę, że troposfera aktywnie oddziałuje z powierzchnią Ziemi.

Tabela 4.1. Stan i skład powłok ziemskich (wg V.A. Wronskiego i G.V. Voitkevicha, 1997, z modyfikacjami)

Powłoka	Skład chemiczny	Stan fizyczny
Atmosfera	N 2, O 2, CO 2, (H 2 O), gazy obojętne
Hydrosfera	Słona i słodka woda, śnieg i lód (rozpuszczony Na, Mg, Ca, Cl, SO 4, HCO 3)	Ciecz, częściowo stała
Żywa materia	Węglowodany, tłuszcze, białka, kwasy nukleinowe, materiał kostny (H 2 O, N, H, C, O)	Ciało stałe, ciecz częściowo koloidalna
Litosfera	Skały magmowe, osadowe i metamorficzne (O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K)	Ciało stałe, częściowo stopione
	Minerały o składzie oliwinowo-piroksenowym i ich wysokociśnieniowe odpowiedniki (O, Si, Mg, Fe)
	Stop żelaza i niklu (Fe, FeS, Ni)	Górna część jest płynna, dolna prawdopodobnie jest stała

Dolny limit często przeprowadzane według sekcji Mohorovicica, tj. wzdłuż podstawy skorupy ziemskiej. Niektórzy badacze uważają, że otoczka geograficzna powinna obejmować tylko tę część skorupy ziemskiej, która bezpośrednio oddziałuje z innymi składnikami - wodą, powietrzem, organizmami żywymi. Strefa aktywnych przemian materii mineralnej w środowisku termodynamicznym powierzchni Ziemi ma miąższość do kilkuset metrów na lądzie i kilkudziesięciu metrów pod powierzchnią oceanu. Powodem braku wspólnego punktu widzenia jest to, że w powłoce geograficznej nie ma sił tworzących wyraźnie określone granice, takie jak na przykład krawędzie kryształów.

Uważa się, żeoptymalne granice Otoczka geograficzna to górna granica warstwy ozonowej i podstawa skorupy ziemskiej, w obrębie której znajduje się główna część atmosfery, cała hydrosfera i górna warstwa litosfery z organizmami w nich żyjącymi lub żyjącymi oraz ślady działalności człowieka. działalność.

Geografia opiera się na ogólnych prawach fizycznych, które działają w otaczającym świecie. Należą do nich prawa powszechnego ciążenia I. Newtona, zasady zachowania masy i energii, Stefana-Boltzmanna, Archimedesa, Hooke'a, Ohma itp.

Podstawową koncepcją jest"system" - zbiór elementów pozostających w pewnym związku. Wszystko, z czym ten system wchodzi w interakcję, nazywa się środowisko. Systemy geograficzne oddziałują ze sobą terytorialnie i funkcjonalnie. Każdy system składa się ze skończonej liczby elementów. W pewnym stopniu umownie systemy powłoki geograficznej (geosystemu) i jej środowiska zewnętrznego można podzielić na mechaniczne, termodynamiczne, bioinertne, biologiczne, etniczne i społeczne.

Układy mechaniczne charakteryzują się oddziaływaniem sił tworzących je ciał i posiadających masę. Należą do nich ciała kosmiczne, prądy powietrzne i morskie itp. Układ mechaniczny uważany jest za układ równowagi sił. W przypadku jego braku system zmienia kierunek i wkrótce się załamuje.

Układy termodynamiczne związane z ruchem materii w wyniku przemiany lub transferu energii. W przeciwieństwie do izolowanych systemów badanych przez klasyczną termodynamikę, geosystemy są otwarte, tj. wymieniają materię i energię ze środowiskiem zewnętrznym. Jest to niezwykle ważna okoliczność, ponieważ systemy otwarte są w stanie akumulować przekształconą energię, utrzymując i ulepszając swoją strukturę. Zbiór takich właściwości nazywa się samoorganizacją. Dzięki samoorganizacji świat systemów geograficznych z biegiem czasu staje się coraz bardziej złożony, doskonalony (lepiej wytrzymuje wpływy zewnętrzne) lub ewoluuje w sposób kierunkowy.

Rysunek 4.1. Stan systemu: a - stabilny; B- metastabilny; V- niestabilny

Układy termodynamiczne to różne cyrkulacje termiczne substancji, jeśli są z nimi powiązane przejścia lub przepływy energii. Na przykład obieg wody w przyrodzie. Przy badaniu układów termodynamicznych powszechnie stosuje się metodę bilansów (bilans radiacyjny i cieplny). W niektórych przypadkach możemy ograniczyć się do uznania układu termodynamicznego za izolowany, tj. zaniedbać wymianę energii układu z otoczeniem (proces adiabatyczny w atmosferze).

Bioinert to systemy, w których materia ożywiona i nieożywiona są nierozerwalnie powiązane i oddziałują na siebie. Przykładem systemu bioinertnego jest gleba, która jest jednością materii mineralnej (skały, woda, powietrze), organizmów żywych i martwej materii bioorganicznej (próchnicy itp.). Jeśli któryś z tych składników zostanie usunięty z gleby, utraci on swoje charakterystyczne właściwości (przede wszystkim żyzność), czyli m.in. stanie się innym systemem.

System makomunikacja, na które są podzieloneprosty (przyczyna i skutek, energia materialna) iodwracać (informacyjne i regulacyjne). Układ ze sprzężeniem zwrotnym nazywa się samoregulującym. Informacje zwrotne mogą być negatywne lub pozytywne. Negatywny komunikacja zmniejsza intensywność procesu w systemie, zwiększając jednocześnie jego „wydajność”. Jest charakterystyczna dla normalnie funkcjonujących systemów i ma na celu utrzymanie ich dynamicznej równowagi, stabilności i niezmienności. Pozytywny połączenie wzmacnia proces w miarę wzrostu „wyjścia” systemu, czyli prowadzi do lawinowego wzrostu procesu, w wyniku którego system przechodzi w nowy stan lub ulega zniszczeniu. Najczęściej taki przebieg zmian jest wywołany przyczynami zewnętrznymi, ale mechanizm samorozwoju jest wpisany w naturę systemu.

Stan systemu opisywany jest parametrami, w tym intensywnym i ekstensywnym.Intensywny parametry (temperatura, wilgotność bezwzględna i względna, bioproduktywność) nie zależą od wielkości systemu, rozległy (rezerwy ciepła, zawartość wilgoci w masie powietrza, zasoby materii organicznej itp.) są zdeterminowane wielkością systemu (temperatura występuje zarówno w Arktyce, jak i na równiku, ale w Arktyce jest ona coraz niższa w równik). W rezultacie te pierwsze nie zmieniają się przy podziale systemu na części, natomiast te drugie maleją.

Jeżeli parametry intensywne układu są jednorodne, tj. nie różnią się częściami, to układ taki znajduje się w stanie stabilnej równowagi według tych parametrów. Zrównoważony zwana równowagą, która powraca samoistnie, jeśli układ zostanie z niej usunięty. Układ w stanie ustalonym można porównać do kuli w dołku (ryc. 4.1, A). Meta-odporny nazywany stanem będącym jedną z opcji stabilnych (ryc. 4.1,B): piłka może przyjąć dowolny z trzech slajdów (1 , 2, 3), ale spośród nich tylko pozycja jest całkowicie stabilna2. Niezrównoważony nazywany stanem, w którym niewielki impuls wpływu wyprowadza układ ze stanu równowagi, do którego nie może on powrócić (ryc. 4.1, V). Niestabilność jest cechą rozwijających się systemów. Zwiększa różnorodność przyrody (powstają nowe systemy), ale może też mieć negatywny wpływ na środowisko. Systemy w stanie niestabilnym są podatne na wahania - chaotyczne wahania parametrów, których efekt jest nieprzewidywalny.

W większości przypadków są to systemy obwiedni geograficznychotwarty. Systemy otwarte nie dążą do minimum energii potencjalnej i maksimum entropii (miara rozpraszania energii). Systemy geograficzne są w stanie ulepszyć się poprzez zmniejszenie (lub koncentrację) entropii ze względu na środowisko zewnętrzne. Proces ten można przedstawić jako tworzenie porządku z chaosu. Obserwuje się to ewolucyjnie w kopercie geograficznej.

W powłoce geograficznej występują układy posiadające dwa lub więcej stanów stabilnych, tzw spust(przełączanie). Np. stan lodowcowy i niezamrożony powierzchni ziemi, funkcjonowanie gejzeru (odpoczynek – emisja). Koncepcja wyzwalania jest ważna dla oceny możliwych konsekwencji dla środowiska: energetycznie łatwiej jest utrzymać zjawisko w określonym stanie, niż przywrócić je do poprzedniego stanu, jeśli rozpoczął się proces przejściowy.

Oddziaływania mechaniczne w planetarnych procesach fizyczno-geograficznych mających podłoże materialne podlegają prawu powszechnego ciążenia, zgodnie z którym dowolne dwie cząstki materialne posiadające masy M 1 I M 2 przyciągają się do siebie z siłą R, proporcjonalna do iloczynu mas i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości R między nimi:

Gdzie G - współczynnik proporcjonalności (stała grawitacyjna) równy 6,672510 -11 Nm 2 /kg 2. Zgodnie z tym prawem siła ciężkości zależy tylko od położenia cząstek w danym momencie, tj. oddziaływanie grawitacyjne rozprzestrzenia się natychmiast. Stąd wyrażenie na grawitację:

Gdzie G - przyspieszenie swobodnie opadającego punktu równe 9,7805 x T - masa punktu materialnego; φ - szerokość geograficzna; H - wysokość punktu nad poziomem morza.

W świecie makrociał, którymi są ciała niebieskie, prawo powszechnego ciążenia odgrywa zasadniczą rolę, determinując ich wzajemne oddziaływanie i ewolucję. Na Ziemi przejawami tego prawa są:

Pole grawitacyjne Ziemi (pole grawitacyjne);

różnicowanie grawitacyjne materii ziemskiej prowadzące do powstawania geosfer, równowaga izostatyczna litosfery, konwekcja cieplna w jądrze i płaszczu, oceanie i atmosferze;

ruchy mas ziemskich i ich ruchy wewnątrz planety i na jej powierzchni;

powstawanie pływów.

Pole grawitacyjne Ziemi reprezentuje pole grawitacyjne - wypadkową siłę grawitacji i siłę odśrodkową obrotu Ziemi (ryc. 4.2). Ponieważ siła grawitacji zależy od promienia Ziemi, który jest najmniejszy na biegunach, jest największy na biegunach. Siła odśrodkowa, która zależy (przy tej samej prędkości obrotowej) od promienia orbity, jest największa na równiku. Wypadkowa tych sił wzrasta odpowiednio od równika do biegunów z 978 do 983 gal. Siła grawitacji maleje od powierzchni Ziemi w górę i wzrasta nieco w głąb ziemi w litosferze.

Pole grawitacyjne jest potencjalne. Punkty o tym samym potencjale grawitacyjnym tworzą powierzchnie izopotencjalne (lub ekwipotencjalne). Na każdej takiej powierzchni spontaniczny ruch masy jest niemożliwy, gdyż pozioma składowa ciężkości wynosi zero. Najważniejszą powierzchnią izopotencjalną Ziemi jest powierzchnia geoidy. Tworzą się sekcje izopotencjalnych powierzchni reliefowych poziomy(izohipsy lądu lub izobaty dna morskiego).

Ryż. 4.2. Powaga (R O ) - wypadkowa sił grawitacyjnych (P N ) i odśrodkowe (R δ )

Ruchy ciał posiadających masę zachodzą w polu grawitacyjnym zgodnie z kierunkiem gradientu tego pola, tj. powierzchni normalnych do izopotencjalnych. W obecności przeszkód (na przykład terenu) ruch odbywa się w taki sposób, że energia potencjalna maleje. Przykładowo, zgodnie z prawem naczyń połączonych, poziom wody w połączonych zbiornikach odpowiada jednej potencjalnej powierzchni.

Wyświetlane są wartości pola grawitacyjnego Ziemi izogony(linie o jednakowych wartościach ciężkości).

Różniczkowanie grawitacyjne. Według istniejących pomysłów grawitacja była jedną z głównych sił tworzących Ziemię z obłoku protoplanetarnego. Według różnych hipotez Ziemia powstała jako ciało heterogeniczne (wcześniej utworzyło się jądro Ziemi, później płaszcz) lub jako masa jednorodna. W tym drugim przypadku uważa się, że najważniejszą rzeczą w historii planety z geofizycznego punktu widzenia jest proces grawitacyjnego różnicowania materii - stratyfikacja zgodnie z gęstością materii w polu grawitacyjnym. W wyniku takiego rozwarstwienia powstały geosfery, z których każda zbudowana była z materii jednego stanu skupienia i podobnej gęstości. Obliczenia pokazują, że ilość ciepła wydzielonego podczas grawitacyjnego rozdzielenia Ziemi na jądro i płaszcz wystarczyłaby, aby stopić początkowo stałą substancję naszej planety.

Z różnicowaniem grawitacyjnym wiąże się wiele procesów, w tym pionowe ruchy tektoniczne bloków litosfery. W atmosferze zróżnicowanie grawitacyjne prowadzi do niestabilności słupa powietrza na skutek różnych temperatur i wilgotności. W troposferze powietrze jest podgrzewane przez powierzchnię ziemi i ulega pędowi ku górze („unosi się”). Niestabilność grawitacyjna atmosfery jest zjawiskiem powszechnym, dlatego w meteorologii spadek temperatury od powierzchni ziemi w górę uważa się za zjawisko normalne, natomiast wzrost temperatury nazywa się inwersja. W hydrosferze zróżnicowanie grawitacyjne zależy zarówno od temperatury, jak i od zasolenia mas wody, co również prowadzi do ich przemieszczania się i układania zgodnie z gęstością (proces podnoszenia się wód nazywa się upwelling, obniżenie - downwelling).

Izostazja. Procesy różnicowania gęstości objawiają się także w postaci izostatycznego równoważenia litosfery. Dobrze ilustrują to modele równoważenia izostatycznego ciał unoszących się na powierzchni wody (rys. 4.3). Na ryc. 4.3, B kostki o różnej gęstości są pokazane w tej samej wielkości, w wyniku czego zanurza się je w wodzie proporcjonalnie do stosunku gęstości własnej wody. Na ryc. 4.3, A pokazano kostki o tej samej gęstości, ale różnych rozmiarach, więc każdą kostkę zanurza się w wodzie w ilości równej stosunkowi mas (jak w poprzednim przypadku) pomnożonemu przez przekrój sześcianu. Strzałki pokazują pary grawitacji i sił Archimedesa. Każda kostka jest w pewnym stanie równowaga izostatyczna zgodnie z gęstością substancji i grubością (mocą) ciała.

Zwykle pojęcie równowagi izostatycznej jest używane w odniesieniu do litosfery, ale efekt objawia się w każdym środowisku. Zatem z głównego diagramu (ryc. 4.4) izostatycznego równoważenia bloków litosfery jasno wynika, że ​​skorupa kontynentalna unosi się wraz z częścią górnego płaszcza, ponieważ składa się z substancji mniej gęstej niż oceaniczna i ma większą grubość. Skorupa oceaniczna opada w stosunku do skorupy kontynentalnej z tych samych powodów, ponieważ jej gęstość jest większa, a grubość mniejsza. Dzięki izostazji zachowana jest regularna zależność wysokości lądu od głębokości oceanu, co odzwierciedla krzywa hipsograficzna.

Ryż. 4.3. Modele izostazji (wg F. Stacy): A- równoważenie bloków na podłożu w zależności od grubości litosfery; B - wyważanie bloków na podłożu w zależności od gęstości substancji (liczby podane są w jednostkach umownej gęstości)

Ryż. 4.4. Równowaga izostatyczna litosfery

Równowaga izostatyczna litosfery jest ważną właściwością tworzącą system powłoki geograficznej. Określa konfigurację kontynentów i oceanów, rozkład wysokości i głębokości, a przez nie przepływ i redystrybucję ciepła, obieg mas wody i powietrza oraz inne wzorce przestrzennego zróżnicowania powłoki geograficznej.

Ruchy mas ziemskich. Oddziaływania sił grawitacyjnych i innych wewnątrz planety oraz wpływ środowiska kosmicznego prowadzą do ruchu mas Ziemi, starających się zająć najbardziej stabilną pozycję w przestrzeni. Bezpośrednim wyrazem tych przemieszczeń jest procesy wulkaniczne - emisje do otoczki geograficznej głębokich mas materii,zjawiska sejsmiczne - gwałtowne przemieszczenia mas wewnątrzziemskich, którym zwykle towarzyszą wstrząsy i przerwy w ciągłości skorupy ziemskiej, ruchy tektoniczne - ruchy mas ziemskich wewnątrz planety lub objawiające się na powierzchni Ziemi (neotetektoniczne). Wszystkie one aktywnie wpływają na funkcjonowanie obwiedni geograficznej. Główną przyczyną ich manifestacji jest potrzeba zrównoważenia skutków oddziaływań wewnątrz Ziemi i na jej powierzchni. Ruchy mas Ziemi są ważną cechą planety, ponieważ wskazują na aktywność jej wnętrza oraz zdolność do rozwoju i doskonalenia.

Pływy. Pływy oceaniczne zależą głównie od interakcji Ziemi, Księżyca i Słońca. Wiodącą rolę odgrywa w tym pobliski Księżyc, którego grawitacja jest 2,17 razy większa niż Słońca. Cały cykl pływowy odpowiada czasowi dnia księżycowego (24 godziny 51 minut), które nie pokrywają się z dniami słonecznymi, przez co powstają nierówności pływowe. Jednak w rzeczywistości obserwuje się pływy dobowe, półdobowe i mieszane.

Księżyc krąży wokół Ziemi po orbicie eliptycznej o średnim promieniu 384 tys. km. Układ Ziemia-Księżyc ma wspólny środek masy, znajdujący się w ciele Ziemi w odległości 2/3 od jej środka, gdyż masy oddziałujących sił znacznie się różnią (masa Ziemi jest 81 razy większa od masy Księżyca). Obydwa ciała niebieskie poruszają się w taki sposób, że dowolny punkt jednego z nich opisuje tę samą orbitę. W każdym takim punkcie powstaje ta sama siła odśrodkowa, niezależna od szerokości geograficznej tego miejsca.

Oprócz siły odśrodkowej na każdy punkt Ziemi oddziałuje siła grawitacji skierowana w stronę Księżyca, która zależy od odległości do zakłócającej masy (ryc. 4.5). Jeśli odległość od środka masy Księżyca do środka masy Ziemi wynosi 60 promieni Ziemi (R), następnie do punktu Z najbliższego Księżycowi (zenit) jest równa tylko 59 R, i do najdalszego punktu N (nadir) - 61R. Zgodnie z prawem powszechnego ciążenia wielkość siły grawitacji jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między środkami mas. W rezultacie w punkcie Z siła grawitacji jest większa niż w punkcie O 3, a w punkcie N jest mniejsza niż w jakimkolwiek innym punkcie ciała Ziemi. Zatem w środku masy Ziemi występuje równość sił grawitacyjnych i odśrodkowych, ale w punktach Z i N nie ma równości: w punkcie Z siła grawitacji jest większa od siły odśrodkowej, a w punkcie N siła odśrodkowa jest wspanialszy. Prowadzi to do powstawania deformacji pływowych - wybrzuszeń lub fal stojących.

Z obliczeń wynika, że ​​w środku masy Ziemi wartość bezwzględna siły grawitacji powstałej pod wpływem Księżyca wynosi 3,38 mg na 1 kg masy, w punkcie Z siła grawitacji wynosi już 3,49 mg/kg, a w punkt N - tylko 3,27 mg/kg. Sumując te wartości w każdym punkcie powierzchni Ziemi z wartościami wektorowymi siły odśrodkowej, otrzymujemy wypadkową, która jest skierowana w punkcie Z w stronę Księżyca i w punkcie N od Księżyca. Ta siła nazywa się pływowy Jego wartość w obu przypadkach wynosi 0,11 mg/kg masy, ale ma przeciwny znak. W pozostałych punktach nie leżących na osi układu Ziemia - Księżyc siły będą przesunięte i utworzą równoległoboki, w których wypadkowa skierowana będzie wzdłuż przekątnej równoległoboku.

Ryż. 4,5. Powstawanie siły pływowej pod wpływem Księżyca w różnych punktach powierzchni Ziemi

Rysunek 4.6. Pływy powstałe podczas interakcji Ziemi z Księżycem (L) i Słońcem (S): A - wiosna; B - kwadratura

W wyniku obrotu Ziemi szczyty pływów powstają w każdej chwili w nowych miejscach na powierzchni Ziemi, dlatego też w okresie pomiędzy dwiema kolejnymi kulminacjami górnymi lub dolnymi Księżyca szczyty pływowe będą okrążać kulę ziemską i w tym czasie w każdym miejscu wystąpią dwa przypływy i dwa odpływy.

Podobna interakcja zachodzi między Ziemią a Słońcem (a także innymi ciałami niebieskimi), ale jest ona nieistotna. Masa Słońca jest nieporównywalnie duża w porównaniu z masą Księżyca, a odległość Ziemi od Słońca jest również znacznie większa niż do Księżyca, dlatego wielkość pływu słonecznego jest około 2,2 razy mniejsza niż przypływu Księżyca. Ponieważ względne położenie Ziemi, Księżyca i Słońca stale się zmienia, zmieniają się również wielkości pływów słonecznych i księżycowych. Pływy słoneczne zmieniają wielkość pływów księżycowych. Jeśli zsumujemy fale pływowe pochodzenia księżycowego i słonecznego, a trzy źródła światła znajdą się w jednej linii prostej, wówczas przypływ nazywa się wiosna, jeśli je odejmiemy, a Słońce i Księżyc utworzą kąt prosty względem Ziemi - kwadratura(ryc. 4.6). Wysokość przypływu wiosennego w oceanie jest około 1,5 razy większa niż przypływu księżycowego, a przypływ kwadraturowy jest o połowę niższy.

Praca żywej materii w biosferze jest dość zróżnicowana. Według Wernadskiego praca żywej materii w biosferze może objawiać się w dwóch głównych formach:

a) chemiczna (biochemiczna) – I rodzaj działalności geologicznej; b) mechaniczne – II rodzaj działalności transportowej.

Biogenna migracja atomów pierwszego rodzaju objawia się ciągłą wymianą materii pomiędzy organizmami a środowiskiem w procesie budowy ciała organizmów i trawienia pożywienia. Biogenna migracja atomów drugiego rodzaju polega na przemieszczaniu się materii przez organizmy w trakcie ich aktywności życiowej (podczas budowy nor, gniazd, podczas zakopywania organizmów w ziemi), przemieszczaniu się samej materii żywej, a także przejście substancji nieorganicznych przez przewód żołądkowy zjadaczy ziemi, zjadaczy mułu i filtratorów.

Aby zrozumieć pracę, jaką żywa materia wykonuje w biosferze, bardzo ważne są trzy podstawowe zasady, które V.I. Vernadsky nazwał zasadami biogeochemicznymi:

1. Biogenna migracja atomów pierwiastków chemicznych w biosferze zawsze dąży do jej maksymalnej manifestacji.
2. Ewolucja gatunków w czasie geologicznym, prowadząca do powstania form życia stabilnych w biosferze, idzie w kierunku sprzyjającym biogenicznej migracji atomów.
3. Żywa materia znajduje się w ciągłej wymianie chemicznej z otaczającym ją środowiskiem kosmicznym i jest tworzona i utrzymywana na naszej planecie przez promienistą energię Słońca.

Funkcje materii żywej:

1. Funkcja energii

Pochłanianie energii słonecznej podczas fotosyntezy i energii chemicznej podczas rozkładu substancji nasyconych energią, przekazywanie energii przez łańcuchy pokarmowe.

W efekcie istnieje związek pomiędzy zjawiskami biosfery-planetarnymi a promieniowaniem kosmicznym, głównie słonecznym. Dzięki zgromadzonej energii słonecznej zachodzą wszystkie zjawiska życiowe na Ziemi. Nie bez powodu Vernadsky nazwał zielone organizmy chlorofilowe głównym mechanizmem biosfery.

Pochłonięta energia jest rozprowadzana w ekosystemie pomiędzy organizmami żywymi w postaci pożywienia. Część energii jest rozpraszana w postaci ciepła, a część gromadzi się w martwej materii organicznej i przechodzi w stan kopalny. W ten sposób powstały złoża torfu, węgla, ropy i innych minerałów palnych.

Tlen wydziela się ze skał litosferycznych podczas zachodzących w nich procesów geochemicznych. Zawiera 2,8·1014 t. Od 200 milionów lat zawartość tlenu w powietrzu utrzymuje się na stałym poziomie dzięki fotosyntezie roślin. Pojawienie się tlenu zmieniło wiele właściwości Ziemi. Warstwa ozonowa zaczęła blokować promienie ultrafioletowe, które są szkodliwe dla organizmów żywych. Procesy wietrzenia skał nasiliły się, ponieważ tlen jest silnym utleniaczem. Pod jego nieobecność w atmosferze skład litosfery na Ziemi był zupełnie inny. W ten sposób w czasach prekambryjskich powstały żelaziste kwarcyty KMA, a także złoża rud żelaza na Syberii. Są to żelazne formy żelaza, które powstają przy niewielkiej ilości tlenu. W kolejnych epokach geologicznych nie było na Ziemi takich nagromadzeń rud żelaza. W atmosferze pojawił się tlen i zaczęły powstawać tlenkowe formy żelaza, które są bardziej mobilne i nie mogą tworzyć dużych osadów9.

Azot atmosferyczny jest pobierany przez rośliny, a zwierzęta otrzymują go z pokarmów roślinnych. Ale główną rolę w wiązaniu azotu odgrywają bakterie glebowe. Jego zawartość w atmosferze wynosi 3,8·1015 t. Azot powraca do atmosfery w wyniku działania innych bakterii – denitryfikatorów. Bez nich większość azotu atmosferycznego trafiłaby do oceanów i skał osadowych.

Węgiel. Podczas istnienia organizmów fotosyntetyzujących na Ziemi, ich atmosfera przeniosła dużą ilość węgla do skorupy ziemskiej. Współczesna atmosfera zawiera go 7,1011 t. Bilans węgla związany jest z działalnością organizmu polegającą na pochłanianiu i uwalnianiu dwutlenku węgla. Jednakże równowaga ta jest czasami zakłócana przez działalność gospodarczą organizmu i uwalnianie dużych ilości węgla do środowiska.

Zatem współczesna atmosfera jest wytworem życiowej działalności organizmów, w tym człowieka, które determinują, regulują i zmieniają jej skład.

2. Funkcja niszcząca

Na tę funkcję składa się rozkład, mineralizacja martwej materii organicznej, rozkład chemiczny skał, udział powstałych minerałów w cyklu biotycznym, tj. powoduje przemianę materii żywej w materię bezwładną. W efekcie powstaje także materia biogenna i bioinertna biosfery.

Na szczególną uwagę zasługuje rozkład chemiczny skał. „Nie mamy na Ziemi silniejszego kruszarki materii niż materia żywa” – napisał Wernadski.

Pionierzy życia na skałach - bakterie, sinice, grzyby i porosty - wywierają silny wpływ chemiczny na skały roztworami całego kompleksu kwasów - węglowego, azotowego, siarkowego i różnych organicznych. Organizmy rozkładając za ich pomocą określone minerały, selektywnie wydobywają i włączają do cyklu biotycznego najważniejsze składniki odżywcze – wapń, potas, sód, fosfor, krzem i mikroelementy.

3. Funkcja koncentracji

Tak nazywa się selektywne gromadzenie się w ciągu życia określonego rodzaju substancji budulcowych organizmu lub tych, które są z niego usuwane w procesie metabolizmu. W wyniku funkcji koncentracji organizmy żywe pobierają i akumulują biogenne elementy środowiska. W składzie materii żywej dominują atomy pierwiastków lekkich: wodór, węgiel, azot, tlen, sód, magnez, krzem, siarka, chlor, potas, wapń. Stężenie tych pierwiastków w organizmie organizmów żywych jest setki i tysiące razy wyższe niż w środowisku zewnętrznym. Wyjaśnia to niejednorodność składu chemicznego biosfery i jej znaczną różnicę w stosunku do składu materii nieożywionej planety. Wraz z funkcją koncentracji żywego organizmu substancji wyróżnia się jej przeciwieństwo pod względem wyników - rozpraszanie. Przejawia się poprzez działalność troficzną i transportową organizmów. Na przykład rozproszenie materii podczas wydalania odchodów przez organizmy, śmierć organizmów podczas różnego rodzaju ruchów w przestrzeni lub zmiany w powłoce. Żelazo zawarte w hemoglobinie krwi jest rozprowadzane na przykład przez owady wysysające krew.

4. Funkcja środowiskotwórcza

Przekształcenia parametrów fizykochemicznych środowiska (litosfery, hydrosfery, atmosfery) w wyniku procesów życiowych w warunkach sprzyjających bytowaniu organizmów. Funkcja ta jest wspólnym wynikiem omówionych powyżej funkcji materii żywej: funkcja energetyczna dostarcza energię wszystkim ogniwom cyklu biologicznego; destrukcyjne i koncentracyjne przyczyniają się do wydobycia ze środowiska naturalnego i gromadzenia rozproszonych, ale niezwykle ważnych dla organizmów żywych, pierwiastków. Bardzo ważne jest, aby pamiętać, że w wyniku pełnienia funkcji środowiskotwórczej w powłoce geograficznej miały miejsce następujące ważne zdarzenia: zmienił się skład gazowy atmosfery pierwotnej, zmienił się skład chemiczny wód pierwotnego oceanu, w litosferze utworzyła się warstwa skał osadowych, a na powierzchni lądu pojawiła się żyzna pokrywa glebowa. „Organizm ma do czynienia ze środowiskiem, do którego nie tylko jest przystosowany, ale które jest do niego przystosowane” – tak Wernadski scharakteryzował środowiskotwórczą funkcję materii żywej.

Cztery rozważane funkcje żywej materii są głównymi funkcjami determinującymi. Można wyróżnić inne funkcje materii żywej, np.10:

Funkcja gazu determinuje migrację gazów i ich przemiany oraz zapewnia skład gazowy biosfery. Przeważająca masa gazów na Ziemi jest pochodzenia biogennego. W procesie funkcjonowania żywej materii powstają główne gazy: azot, tlen, dwutlenek węgla, siarkowodór, metan itp. Wyraźnie widać, że funkcja gazu jest połączeniem dwóch podstawowych funkcji - niszczącej i tworzącej środowisko ;

Funkcja redoks polega na przemianie chemicznej głównie tych substancji, które zawierają atomy o zmiennym stopniu utlenienia (związki żelaza, manganu, azotu itp.). Jednocześnie na powierzchni Ziemi dominują biogenne procesy utleniania i redukcji. Zazwyczaj funkcja oksydacyjna materii żywej w biosferze objawia się przekształceniem przez bakterie i niektóre grzyby związków stosunkowo ubogich w tlen w glebie, wietrzejącej skorupie i hydrosferze w związki bardziej bogate w tlen. Funkcja redukująca realizowana jest poprzez bezpośrednie tworzenie siarczanów lub poprzez biogenny siarkowodór wytwarzany przez różne bakterie. I tutaj widzimy, że ta funkcja jest jednym z przejawów funkcji tworzącej środowisko żywej materii;

Funkcja transportu polega na przenoszeniu materii wbrew grawitacji i w kierunku poziomym. Od czasów Newtona wiadomo, że o ruchu materii na naszej planecie decyduje siła grawitacji. Sama materia nieożywiona porusza się po nachylonej płaszczyźnie wyłącznie od góry do dołu. Tylko w tym kierunku poruszają się rzeki, lodowce, lawiny i piargi.

Przed pojawieniem się życia na Ziemi jego zewnętrzna, pojedyncza powłoka składała się z trzech połączonych ze sobą powłok: litosfery, atmosfery i hydrosfery. Wraz z pojawieniem się żywych organizmów - biosfery, ta zewnętrzna powłoka znacznie się zmieniła. Wszystkie jego komponenty - komponenty - również uległy zmianie. Powłoka Ziemi, w której dolne warstwy atmosfery, górne części litosfery, cała hydrosfera i biosfera wzajemnie się przenikają i oddziałują, nazywana jest powłoką geograficzną (ziemską). Wszystkie elementy powłoki geograficznej nie istnieją samodzielnie, lecz wzajemnie na siebie oddziałują. Tym samym woda i powietrze, wnikając przez pęknięcia i pory w głąb skał, uczestniczą w procesach wietrzenia, zmieniają je i jednocześnie zmieniają się same. Rzeki i wody gruntowe, przenosząc minerały, uczestniczą w zmianach rzeźby terenu. Cząsteczki skał unoszą się wysoko do atmosfery podczas erupcji wulkanów i silnych wiatrów. Hydrosfera zawiera dużo soli. Woda i minerały są częścią wszystkich żywych organizmów. Organizmy żywe, umierając, tworzą ogromne warstwy skał. Różni naukowcy na różne sposoby wyznaczają górną i dolną granicę obwiedni geograficznej. Nie ma ostrych granic. Wielu naukowców uważa, że ​​jego grubość wynosi średnio 55 km. W porównaniu z rozmiarem Ziemi jest to cienka warstwa.

W wyniku interakcji składników powłoka geograficzna ma właściwości właściwe tylko sobie.

Tylko tutaj występują substancje występujące w stanie stałym, ciekłym i gazowym, co ma ogromne znaczenie dla wszelkich procesów zachodzących w otoczce geograficznej, a przede wszystkim dla powstania życia. Tylko tutaj, w pobliżu stałej powierzchni Ziemi, najpierw powstało życie, a potem pojawił się człowiek i społeczeństwo ludzkie, dla których istnienia i rozwoju istnieją wszystkie warunki: powietrze, woda, skały i minerały, ciepło i światło słoneczne, gleba , roślinność, życie bakterii i zwierząt.

Wszystkie procesy w otoczce geograficznej zachodzą pod wpływem energii słonecznej i, w mniejszym stopniu, wewnętrznych ziemskich źródeł energii. Zmiany aktywności słonecznej wpływają na wszystkie procesy w otoczce geograficznej. Na przykład w okresach wzmożonej aktywności słonecznej nasilają się burze magnetyczne, zmienia się tempo wzrostu roślin, rozmnażania i migracji owadów, a zdrowie ludzi, zwłaszcza dzieci i osób starszych, pogarsza się. Związek między rytmami aktywności słonecznej a organizmami żywymi wykazał rosyjski biofizyk Aleksander Leonidowicz Chiżewski w latach 20-30. XX wiek

Koperta geograficzna nazywana jest czasem środowiskiem naturalnym lub po prostu przyrodą, mając na myśli głównie przyrodę znajdującą się w granicach obwiedni geograficznej.

Wszystkie elementy powłoki geograficznej łączą się w jedną całość poprzez obieg substancji i energii, dzięki czemu następuje wymiana substancji pomiędzy powłokami. Obieg materii i energii jest najważniejszym mechanizmem naturalnych procesów otoczki geograficznej. Istnieją różne cykle substancji i energii: cykle powietrza w atmosferze, skorupie ziemskiej, cykle wody itp. Dla otoczki geograficznej ogromne znaczenie ma obieg wody, który odbywa się w wyniku ruchu mas powietrza. Woda to jedna z najbardziej niesamowitych substancji natury, charakteryzująca się dużą mobilnością. Zdolność do przejścia ze stanu ciekłego w stan stały lub gazowy przy niewielkich zmianach temperatury pozwala wodzie przyspieszać różne naturalne procesy. Bez wody nie ma życia. Woda będąc w obiegu wchodzi w ścisłe interakcje z innymi składnikami, łączy je ze sobą i jest ważnym czynnikiem w kształtowaniu otoczki geograficznej.

Cykl biologiczny odgrywa ogromną rolę w życiu koperty geograficznej. Jak wiadomo, w roślinach zielonych z dwutlenku węgla i wody pod wpływem światła powstają substancje organiczne, które służą jako pokarm dla zwierząt. Zwierzęta i rośliny po śmierci są rozkładane przez bakterie i grzyby na minerały, które następnie są ponownie wchłaniane przez rośliny zielone. Te same pierwiastki wielokrotnie tworzą substancje organiczne organizmów żywych i wielokrotnie powracają do stanu mineralnego.

Wiodącą rolę we wszystkich cyrkulacjach odgrywa cyrkulacja powietrza w troposferze, która obejmuje cały system wiatrów i pionowy ruch powietrza. Ruch powietrza w troposferze wciąga hydrosferę w globalny cykl, tworząc globalny obieg wody. Od tego zależy również intensywność pozostałych cykli. Najbardziej aktywne cykle występują w pasach równikowych i podrównikowych. Przeciwnie, w regionach polarnych postępują one szczególnie wolno. Wszystkie cykle są ze sobą powiązane.

Każdy kolejny cykl różni się od poprzednich. Nie tworzy to błędnego koła. Rośliny na przykład pobierają składniki odżywcze z gleby, a gdy obumierają, oddają ich znacznie więcej, ponieważ masę organiczną roślin tworzy głównie atmosferyczny dwutlenek węgla, a nie substancje pochodzące z gleby. Dzięki cyklom następuje rozwój wszystkich składników przyrody i całej otoczki geograficznej.

Co czyni naszą planetę wyjątkową? Życie! Trudno wyobrazić sobie naszą planetę bez roślin i zwierząt. W najróżniejszych formach przenika nie tylko elementy wody i powietrza, ale także górne warstwy skorupy ziemskiej. Pojawienie się biosfery jest zasadniczo ważnym etapem w rozwoju otoczki geograficznej i całej Ziemi jako planety. Główną rolą organizmów żywych jest zapewnienie rozwoju wszystkich procesów życiowych, które opierają się na energii słonecznej oraz biologicznym cyklu substancji i energii. Procesy życiowe składają się z trzech głównych etapów: utworzenie produkcji pierwotnej w wyniku fotosyntezy materii organicznej; przekształcenie produktów pierwotnych (roślinnych) w produkty wtórne (zwierzęce); niszczenie pierwotnych i wtórnych produktów biologicznych przez bakterie i grzyby. Bez tych procesów życie nie jest możliwe. Organizmy żywe obejmują: rośliny, zwierzęta, bakterie i grzyby. Każda grupa (królestwo) organizmów żywych odgrywa określoną rolę w rozwoju przyrody.

Życie na naszej planecie powstało 3 miliardy lat temu. Wszystkie organizmy na przestrzeni miliardów lat rozwinęły się, zadomowiły, zmieniły w procesie rozwoju, co z kolei wpłynęło na naturę Ziemi - ich siedlisko.

Pod wpływem organizmów żywych w powietrzu zwiększa się zawartość tlenu i spada zawartość dwutlenku węgla. Głównym źródłem tlenu atmosferycznego są rośliny zielone. Kolejną rzeczą był skład Oceanu Światowego. W litosferze pojawiły się skały pochodzenia organicznego. Złoża węgla i ropy naftowej, większość złóż wapienia, powstają w wyniku działalności organizmów żywych. Efektem działalności organizmów żywych jest także powstawanie gleb, dzięki których żyzności możliwe jest życie roślin. Zatem organizmy żywe są potężnym czynnikiem transformacji i rozwoju otoczki geograficznej. Genialny rosyjski naukowiec W.I. Wernadski uważał żywe organizmy za najpotężniejszą siłę na powierzchni ziemi pod względem końcowych rezultatów, przekształcających przyrodę.

Składniki otoczki geograficznej i ich wzajemne oddziaływanie.

Atmosfera, litosfera, hydrosfera i biosfera – cztery powłoki globu pozostają w skomplikowanych interakcjach i wzajemnie się przenikają. Wszystko razem się składa koperta geograficzna.

W skorupie geograficznej rozwija się życie, objawia się aktywność wody, lodu, wiatru, powstają gleby i skały osadowe.

Koperta geograficzna to obszar złożonego przenikania się i interakcji sił kosmicznych i ziemskich. Wciąż się rozwija i staje się coraz bardziej złożona w wyniku interakcji natury żywej i nieożywionej.

Górna granica otoczki geograficznej odpowiada tropopauzie - warstwie przejściowej między troposferą a stratosferą. Nad równikiem warstwa ta znajduje się na wysokości 16-18 km, a na biegunach - 8-10 km. Na tych wysokościach procesy generowane przez interakcję geosfer zanikają i ustają. W stratosferze praktycznie nie ma pary wodnej, nie ma pionowego ruchu powietrza, a zmiany temperatury nie są związane z wpływem powierzchni ziemi. Tutaj też nie da się żyć.

Dolna granica na lądzie przebiega na głębokości 3-5 km, czyli tam, gdzie zmienia się skład i właściwości skał, nie ma wody w stanie ciekłym ani organizmów żywych.

Powłoka geograficzna Ziemi jest integralnym systemem materialnym, jakościowo odmiennym od innych geosfer Ziemi. O jego integralności decyduje ciągłe oddziaływanie substancji stałych, płynnych i gazowych oraz pojawienie się życia, żywych substancji. Wszystkie elementy powłoki geograficznej oddziałują na siebie wykorzystując energię słoneczną docierającą do Ziemi oraz energię sił wewnętrznych Ziemi.

Oddziaływanie pomiędzy geosferami Ziemi w obrębie otoczki geograficznej następuje w wyniku cyrkulacji substancji (wody, węgla, tlenu, azotu, dwutlenku węgla itp.).

Wszystkie elementy otoczki geograficznej pozostają w złożonych relacjach. Zmiana w jednym elemencie z konieczności powoduje zmianę w innych.

Rytm zjawisk w środowisku geograficznym. Otoczka geograficzna Ziemi ulega ciągłym zmianom, a relacje pomiędzy jej poszczególnymi elementami stają się coraz bardziej złożone. Zmiany te zachodzą w czasie i przestrzeni. W przyrodzie występują rytmy o różnym czasie trwania. Dla organizmów żywych szczególnie ważne są krótkie, dobowe i roczne rytmy. Ich okresy odpoczynku i aktywności są zgodne z tymi rytmami. Rytm dobowy(zmiana dnia i nocy) wynika z obrotu Ziemi wokół własnej osi; rytm roczny(zmiana pór roku) - rewolucja Ziemi wokół Słońca. Rytm roczny objawia się występowaniem okresów odpoczynku i wegetacji u roślin, linieniem i migracją zwierząt, w niektórych przypadkach - hibernacją i rozmnażaniem. Roczny rytm w otoczce geograficznej zależy od szerokości geograficznej miejsca: na szerokościach równikowych jest mniej wyraźny niż na szerokościach umiarkowanych lub polarnych.

Rytmy dobowe występują na tle rytmów rocznych, a rytmy roczne na tle rytmów wieloletnich. Istnieje również wielowiekowy, rytmy długoterminowe, na przykład zmiany klimatyczne (chłodzenie – ocieplenie, suszenie – nawilżanie).

Zmiany otoczki geograficznej zachodzą także na skutek ruchu kontynentów, natarcia i cofania się mórz, podczas procesów geologicznych: erozji i akumulacji, pracy morza, wulkanizmu. Ogólnie rzecz biorąc, koperta geograficzna rozwija się stopniowo: od prostych do złożonych, od niższych do wyższych.

Podział na strefy i sektory koperty geograficznej.

Najważniejszą cechą strukturalną powłoki geograficznej jest jej strefowość. Prawo zagospodarowania przestrzennego został sformułowany przez wielkiego rosyjskiego przyrodnika V.V. Dokuchaeva, który napisał, że położenie naszej planety względem Słońca, jej obrót i kulistość wpływają na klimat, roślinność i zwierzęta, które są rozmieszczone na powierzchni ziemi w kierunku z północy na południe w ściśle określonym porządku.

Podział na strefy jest lepiej wyrażony na rozległych równinach. Jednak granice stref geograficznych rzadko pokrywają się z równoleżnikami. Faktem jest, że na rozmieszczenie stref wpływa wiele innych czynników naturalnych (na przykład rzeźba terenu). W obrębie danej strefy mogą występować znaczne różnice. Wyjaśnia to fakt, że procesy strefowe nakładają się na procesy azonalne, spowodowane czynnikami wewnętrznymi, które nie podlegają prawom podziału na strefy (rzeźba, rozmieszczenie ziemi i wody).

Największe podziały strefowe otoczki geograficznej to strefy geograficzne, Wyróżniają się bilansem promieniowania (napływem i odpływem promieniowania słonecznego) oraz charakterem ogólnej cyrkulacji atmosfery. Na Ziemi istnieją następujące strefy geograficzne: równikowa, podrównikowa (północ i południe), tropikalna (północ i południe), subtropikalna (północ i południe), umiarkowana (północ i południe), subpolarna (subarktyczna i subantarktyczna), polarna (arktyczna i antarktyczna) ) .

Pasy geograficzne nie mają regularnego kształtu pierścieni, rozszerzają się, kurczą i uginają pod wpływem kontynentów i oceanów, prądów morskich i systemów górskich.

Na kontynentach i oceanach strefy geograficzne różnią się jakościowo. Na oceanach są dobrze wyrażone na głębokościach do 150 m, słabo - do głębokości 2000 m.

Pod wpływem oceanów na kontynentach w obrębie stref geograficznych, sektory podłużne(w strefie umiarkowanej, subtropikalnej i tropikalnej), oceanicznej i kontynentalnej.

Na równinach w obrębie stref geograficznych występują obszary naturalne(ryc. 45). W kontynentalnym sektorze strefy umiarkowanej na Nizinie Wschodnioeuropejskiej są to strefy lasów, stepów leśnych, stepów, półpustyń i pustyń. Strefy naturalne to obszary powierzchni Ziemi charakteryzujące się podobnymi warunkami glebowymi, roślinnymi i klimatycznymi. Głównym czynnikiem kształtującym pokrywę glebową i roślinną jest stosunek temperatury i wilgoci.

Ryż. 45. Główne biostrefy Ziemi

Strefowość pionowa. W pionie naturalne składniki zmieniają się w innym tempie niż w poziomie. W miarę wchodzenia w góry zmienia się ilość opadów i warunki świetlne. Te same zjawiska wyrażają się inaczej na równinie. Różna ekspozycja zboczy jest przyczyną nierównomiernego rozkładu temperatury, wilgotności oraz pokrywy glebowej i roślinnej. Przyczyny strefowości równoleżnikowej i pionowej są różne: strefowość zależy od kąta padania promieni słonecznych oraz stosunku ciepła i wilgoci; strefowość pionowa - od spadku temperatury wraz z wysokością i stopniem wilgoci.

Prawie każdy górzysty kraj na Ziemi ma swoją własną charakterystykę podziału pionowego. W wielu krajach górskich pas tundry górskiej wypada i zastępuje go pas górskich łąk.

Ryż. 46. Zmiany szaty roślinnej w zależności od szerokości geograficznej i wysokości terenu

Strefa wysokościowa rozpoczyna się od strefy położonej u podnóża góry (ryc. 46). Najważniejszym czynnikiem wpływającym na rozkład wysokości pasów jest stopień wilgoci.

| |
§ 40. Obieg materii i energii w biosferze§ 42. Obszary naturalne Rosji

Wstęp.

Rozdział 1. Materia żywa jako biologiczna forma ruchu materii...

1.1.Biosfera: koncepcja, granice i struktura.

1.2.Pochodzenie życia na Ziemi.

1.3.Ewolucja organizmów żywych.

Rozdział 2. Wpływ abiotycznych i biotycznych czynników środowiska na organizmy żywe.

2.1. Abiotyczne czynniki środowiska

2.2. Biotyczne czynniki środowiskowe

Rozdział 3. Znaczenie i rola biosfery w rozwoju otoczki geograficznej.

3.1. Specyfika życia w powłokach składowych

3.2. Etapy rozwoju otoczki geograficznej pod wpływem

Biocenozy.

Wniosek.

Literatura.

Ewolucja organizmów żywych Ziemi i ich odbicie w otoczce geograficznej

WSTĘP

Przez tysiące lat wydawało się ludziom zupełnie oczywiste, że żywa przyroda została stworzona taką, jaką znamy obecnie i zawsze pozostała niezmieniona. Ale tak nie jest, w rzeczywistości Ziemia ma swój własny początek rozwoju. W ramach tego kursu badamy proces ewolucji organizmów żywych na przestrzeni historii geologicznej Ziemi pod kątem jego odzwierciedlenia w rozwoju otoczki geograficznej.

W procesie ewolucji organizmów żywych istotny jest czas powstawania pierwszych organizmów żywych oraz czas ich szybkiego rozwoju. Ewolucja organizmów żywych zdeterminowała także rozwój otoczki geograficznej. Na przykład pojawienie się na biogenicznym etapie rozwoju otoczki geograficznej roślin fotosyntetycznych przyczyniło się do gromadzenia się tlenu w atmosferze i pojawienia się warstwy ozonowej. Natomiast w okresie antropogenicznym, kiedy powstał człowiek, istnienie otoczki geograficznej staje pod znakiem zapytania, gdyż człowiek wywiera na nią negatywny wpływ. Do negatywnego wpływu człowieka zalicza się: zanieczyszczenie powietrza, eksterminację wszelkich zwierząt itp.

Temat, który rozważam, jest bardzo istotny, ponieważ człowiek musi wiedzieć, dlaczego powstał i istnieje.

Osiągnięcie celu polegało na postawieniu i rozwiązaniu następujących zadań:

Wyjaśnienie istoty pojęcia „biosfera”;

Uwzględnienie czynników i procesu ewolucji biosfery;

Identyfikacja roli biosfery w rozwoju otoczki geograficznej.

ROZDZIAŁ 1. MATERIA ŻYWA JAKO BIOLOGICZNA FORMA RUCHU MATERII

1.1. Biosfera: koncepcja, granice i struktura

Biosfera to skorupa Ziemi zamieszkana przez życie, której skład, struktura i energia są w istocie zdeterminowane przeszłą lub współczesną działalnością organizmów żywych.

Według V.I. Vernadsky'ego biosfera obejmująca cały glob nie jest nieograniczona, jej granice są w dużej mierze określone przez istnienie w niej żywej materii i wyznaczają granice rozprzestrzeniania się życia na całym świecie, zarówno w poziomie, jak i w pionie. Jednocześnie, ponieważ Ziemia ma kształt geoidy, mówienie o granicach poziomych należy przyjmować przy pewnych założeniach. Przecież jeśli życie jest szeroko rozpowszechnione na równikowych, tropikalnych i umiarkowanych szerokościach geograficznych, to w odniesieniu do regionów okołobiegunowych, czyli terytoriów położonych wokół bieguna północnego i południowego, należy dokonać wyjaśnień.

Wody Oceanu Arktycznego, pokryte na dużej części stałą pokrywą lodową, są przez cały rok obficie zaludnione zwierzętami morskimi. Niskie temperatury nie stanowią przeszkody w rozprzestrzenianiu się organizmów żywych po pokrywie lodowej. Nawet w Wierchojańsku, który do niedawna uważany był za biegun zimna, gdzie absolutne minimum sięgało -71°C, rosną lasy modrzewiowe północnej tajgi. Wprowadzenie zarodników mchów, grzybów, porostów i glonów, które są w stanie wytrzymać nawet niższe temperatury, jest całkiem prawdopodobne aż do bieguna północnego. Tam, gdzie występuje skaliste podłoże, na przykład na północnych wybrzeżach wysp Severnaya Zemlya i Spitsbergen, roślinność mchowo-porostowa osiada, choć rzadko. Na Antarktydzie porosty występują nawet 360 km od bieguna południowego, na wysokości 2000 m n.p.m. Można zatem argumentować, że chociaż koncentracja i różnorodność organizmów żywych na terytoriach i obszarach wodnych o różnych warunkach naturalnych różnią się w dość znacznych granicach, życie istnieje na całym świecie. W związku z tym biosfera nie ma granic poziomych, a można mówić jedynie o jej wymiarze pionowym, obejmuje ona górną część litosfery, całą hydrosferę oraz dolną część atmosfery.

Rycina 1. Granice biosfery

Litosfera to górna, stała skorupa Ziemi. Jego miąższość waha się w granicach 50-200 km. Rozkład życia w nim jest ograniczony i gwałtownie maleje wraz z głębokością. Przeważająca liczba gatunków koncentruje się w warstwie górnej, która ma grubość kilkudziesięciu centymetrów. Niektóre gatunki przenikają na głębokość kilku lub kilkudziesięciu metrów (zwierzęta ryjące - krety, robaki, bakterie, korzenie roślin). Największa głębokość, na której stwierdzono obecność niektórych typów bakterii, wynosi 3-4 km (w wodach gruntowych i poziomach roponośnych). Rozprzestrzenianie się życia w głąb litosfery jest utrudniane przez różne czynniki. Penetracja roślin jest niemożliwa ze względu na brak światła. Dla wszystkich form życia istotną przeszkodą jest także gęstość środowiska i temperatura, które rosną wraz z głębokością. Wzrost temperatury wynosi średnio około 3°C na każde 100 m. Dlatego za dolną granicę rozmieszczenia życia w litosferze uważa się głębokość trzech kilometrów (gdzie temperatura sięga około +100°C) .

Hydrosfera to wodna powłoka Ziemi, składająca się z oceanów, mórz, jezior i rzek. W odróżnieniu od litosfery i atmosfery jest ona w całości zagospodarowana przez organizmy żywe. Nawet na dnie Oceanu Światowego, na głębokości około 12 km, odkryto różne gatunki istot żywych (zwierzęta, bakterie). Co więcej, większość gatunków żyje w hydrosferze w odległości 150-200 m od powierzchni. Dzieje się tak dlatego, że światło wnika na taką głębokość. W konsekwencji w niższych horyzontach istnienie roślin i wielu gatunków zależnych od roślin do odżywiania jest niemożliwe. Rozmieszczenie organizmów na dużych głębokościach zapewnia ciągły „deszcz” odchodów, pozostałości martwych organizmów spadające z górnych warstw, a także drapieżnictwo. Hydrobionty żyją zarówno w wodzie słodkiej, jak i słonej i są podzielone na 3 grupy w zależności od ich siedliska:

1) plankton – organizmy żyjące na powierzchni zbiorników wodnych i biernie poruszające się w wyniku ruchu wody;

2) nekton - aktywnie poruszający się w słupie wody;

3) bentos – organizmy żyjące na dnie zbiorników lub zagrzebujące się w mule.

Atmosfera to powłoka gazowa Ziemi, która ma określony skład chemiczny: około 78% azotu, 21% tlenu, 1% argonu i 0,03% dwutlenku węgla.Biosfera obejmuje tylko najniższe warstwy atmosfery. Życie w nich nie może istnieć bez bezpośredniego połączenia z litosferą i hydrosferą. Duże rośliny drzewiaste osiągają kilkadziesiąt metrów wysokości, unosząc korony ku górze. Latające zwierzęta - owady, ptaki, nietoperze - wznoszą się na setki metrów. Niektóre gatunki ptaków drapieżnych wznoszą się 3-5 km nad powierzchnią Ziemi w poszukiwaniu ofiary. Wreszcie wznoszące się prądy powietrza biernie przenoszą bakterie, zarodniki roślin, grzyby i nasiona dziesiątki kilometrów w górę. Ponadto wszystkie wymienione organizmy latające lub wprowadzone bakterie znajdują się w atmosferze jedynie tymczasowo. Nie ma organizmów, które żyją stale w powietrzu.

Za górną granicę biosfery uważa się warstwę ozonową, położoną na wysokości od 30 do 50 km nad powierzchnią Ziemi. Chroni całe życie na naszej planecie przed silnym ultrafioletowym promieniowaniem słonecznym, w dużej mierze pochłaniając te promienie. Życie nie może istnieć nad warstwą ozonową.

Zatem główna część gatunków organizmów żywych koncentruje się na granicach atmosfery i litosfery, atmosfery i hydrosfery, tworząc stosunkowo „cienki film życia” na powierzchni naszej planety.

1.2 Pochodzenie życia na Ziemi

Po uformowaniu się Ziemi jako planety przez długi czas nie było na niej związków chemicznych. Materia istniała w postaci izolowanych atomów wodoru i helu. Stopniowo powstawały nowe pierwiastki, proste związki chemiczne i para wodna. Najprostsze związki chemiczne pod wpływem wyładowań elektrycznych i promieniowania ultrafioletowego mogą tworzyć złożone związki organiczne - aminokwasy.

Ryc. 2. Pochodzenie pierwszych najprostszych organizmów na Ziemi

Najnowsze badania pokazują, że 3 miliardy lat temu w ziemskiej atmosferze było dużo wolnego tlenu, który mógł pojawić się jedynie w wyniku życia roślin. Wiek życia na Ziemi określa się zatem na 3 miliardy lat. Ponieważ życie zaczęło wytwarzać ogromne ilości tlenu, na wysokości 20-40 km, pod wpływem promieniowania słonecznego, jego cząsteczki zamieniły się w ozon 03. Warstwa ozonowa utworzyła ekran, który zaczął blokować ultrafioletową część promieniowania słonecznego.

Początkowo w atmosferze znajdowały się związki organiczne i dopiero gdy temperatura skorupy ziemskiej spadła do 100° i poniżej, para wodna zaczęła się wylewać w postaci deszczu. Powstał ocean pierwotny, do którego wraz z przepływami wody przedostawały się także związki organiczne. Życie zaczęło pojawiać się w wodzie. Według teorii akademika L.I. Oparina, poprzez złożone reakcje chemiczne w wodzie, powstały związki wielkocząsteczkowe, w wyniku których powstały złożone cząsteczki białek – koacerwaty. Z biegiem czasu te ostatnie zaczęły powiększać się i dzielić na części. Przez wiele milionów lat koacerwaty ewoluowały coraz bardziej. Rozpoczęła się selekcja naturalna, która nieuchronnie doprowadziła powstające żywe substancje do wyższej organizacji. Koacerwaty nabrały nowych właściwości: zaczęły jeść, oddychać, rosnąć i rozmnażać się, przekazując te właściwości kolejnym pokoleniom.

Pierwsze żywe organizmy istniały dzięki otaczającym je związkom organicznym. Mogły istnieć i rozmnażać się, jeśli w wodach pierwotnego oceanu znajdowała się wystarczająca ilość pożywienia. Po podbiciu całego kosmosu musieliby umrzeć. Ale zanim to nastąpiło, niektóre, początkowo niewielka część organizmów, w procesie mutacji, stała się zdolna do syntezy potrzebnych im substancji organicznych z materii nieorganicznej. Powstały cząsteczki chlorofilu. Pojawiły się zielone rośliny. Rozpoczął się proces fotosyntezy. Biogenny cykl substancji zaczął nabierać nowoczesnego charakteru. Uwolniony wolny tlen zaczął aktywnie łączyć się z innymi substancjami w biosferze. Pojawiły się saprofity, zdolne do mineralizacji materii organicznej umierających organizmów. Organizmy te, rozkładając zwłoki innych organizmów, zaczęły przywracać materię do pierwotnego stanu nieorganicznego. Od tego momentu cykl biogenny substancji został zamknięty. Powstały warunki do szybkiego rozwoju różnorodnego życia. Świat organiczny został podzielony na trzy królestwa, czyli światy: rośliny, zwierzęta i mikroorganizmy. Wszystko to wydarzyło się w oceanie. Następnie na ląd przybyły rośliny i zwierzęta. Rośliny zrobiły to wcześniej i przygotowały warunki dla zwierząt na dotarcie do lądu.

W trakcie życia geologicznego Ziemi skład zamieszkujących ją istot żywych ulegał ciągłym zmianom. Formy stosunkowo prymitywne zostały zastąpione formami bardziej zaawansowanymi i lepiej zorganizowanymi, lepiej przystosowanymi do środowiska zewnętrznego oraz bardziej wytrwałymi i aktywnymi w walce o byt. W niektórych epokach nastąpiła niemal całkowita zmiana dużych, systematycznych grup zwierząt i roślin. Ewolucja postępowała z coraz większą szybkością. Jeśli całą historię Ziemi rozpatrzymy na jeden rok (365 dni), wówczas era kosmiczna będzie trwała 183 dni, archaiku 83, proterozoiku - 69, paleozoiku - 18, mezozoiku, kenozoiku - 3 dni i 14 godzin. Osoba istnieje przez 1 godzinę 15 minut. W tej skali uprawa roli, którą człowiek zajmuje się od około 8 tysięcy lat, zajmuje około pół minuty

1.3 Ewolucja organizmów żywych

Tabela 1

Era	Okres	Czas, milion lata	Główne wydarzenia ewolucyjne
	Czwartorzędowy	2,4	Wymieranie wielu gatunków roślin, zanik form drzewiastych, rozkwit form zielnych. Ewolucja człowieka. Wymieranie gatunków dużych ssaków.
era kenozoiczna	Neogen	25	Przewaga okrytonasiennych i drzew iglastych, wzrost powierzchni stepów. Powstanie ssaków łożyskowych. Pojawienie się wielkich małp.
	Paleogen	66	Okres rozkwitu okrytozalążkowych, ssaków, ptaków.
	Kreda	136	Rozwój ssaków, ptaków, roślin kwiatowych. Wyginięcie wielu gadów.
Mezozoik	Jura	196	Dominacja gadów na lądzie, wodzie i powietrzu. Pojawienie się okrytozalążkowych i ptaków.
	Trias	240	Pojawienie się ssaków. Powstanie gadów, rozprzestrzenianie się nagonasiennych
	permski	285	Wielka śmierć marines. Pojawienie się nagonasiennych, rozprzestrzenianie się gadów.
	Węgiel	345	Pojawienie się gadów.
	dewoński	410	Pojawienie się starożytnych płazów i owadów. Dominacja ryb. Pojawienie się lasów paproci i mchów.
Paleozoik	Silur	435	Wyjście roślin i bezkręgowców na ląd.
	Ordowik	500	Obfitość wodorostów. Pojawienie się pierwszych kręgowców (bezszczękowych).
	Kambr	570	Życie koncentruje się w morzach. Rozwój bezkręgowców. Pojawienie się roślin wyższych.
	Późny proterozoik	1650	Rozwój eukariontów, roślin wielokomórkowych i zwierząt.
Proterozoik	Wczesny proterozoik	2600	Rozwój roślin niższych.
Archeozoik		4000	Pochodzenie życia, pojawienie się prokariotów. Dominacja bakterii i sinic, pojawienie się zielonych alg.

Dane paleontologiczne z najstarszych warstw osadowych wskazują, że przedorganizmiczny etap ewolucji trwał 1,5–1,6 miliarda lat po uformowaniu się Ziemi jako planety.

Rysunek 3. Schemat ewolucji świata organicznego.

Epoka archaiku. Najstarsze ślady życiowej aktywności organizmów znaleziono w skałach archaiku, których wiek wynosi od 2,6 do 3,5 miliarda lat lub więcej. Reprezentowane są przez pozostałości bakterii i sinic, które należą do prokariotów – organizmów, których komórki nie posiadają jądra.

Era proterozoiczna.

W epoce proterozoicznej nastąpił rozkwit bakterii i glonów, a procesy sedymentacji zachodziły intensywnie z ich udziałem. W wyniku działalności bakterii żelaza w proterozoiku powstały największe złoża rudy żelaza. Większość roślin pierwotnych pływała swobodnie w wodzie morskiej (okrzemki, algi złociste), niektóre przyczepiły się do dna. A w późnym proterozoiku (600-650 milionów lat temu) istniały już gąbki, koelenteraty, płaskowniki i pierścienice

Paleozoik.

Okres kambryjski. W okresie kambru życie skupiało się w wodzie. Oprócz glonów jednokomórkowych rośliny reprezentowane były przez glony wielokomórkowe. Dzięki wyciętej plechy aktywnie syntetyzowali substancje organiczne. Pierwotną gałęzią lądowych roślin liściastych były algi wielokomórkowe. Również w tym okresie w morzach szeroko rozpowszechnione były bezkręgowce, w tym ramienionogi, a wśród stawonogów trylobity. Niezależnym typem dwuwarstwowych zwierząt tego okresu były archeocyjaty, które tworzyły rafy w starożytnych morzach. Wymarli, nie pozostawiając potomków. Na lądzie żyły tylko bakterie i grzyby. Pod koniec kambru pojawiły się najbardziej znane typy zwierząt wielokomórkowych.

Okres ordowiku. W okresie ordowiku różnorodne koralowce, takie jak koelenteraty, trylobity, mięczaki i szkarłupnie, osiągnęły swój wspaniały rozwój. Pojawiają się pierwsi przedstawiciele kręgowców bezszczękowych, łuski.

Pojawienie się bezkręgowców na lądzie było spowodowane poszukiwaniem nowych siedlisk oraz brakiem konkurentów i drapieżników. Pierwsze bezkręgowce lądowe reprezentowane były przez stonogi i pajęczaki. Grupy te wywodzą się od niektórych trylobitów, które często znajdowały się na płyciznach podczas odpływów.

sylur. Pod koniec tego okresu procesy górotwórcze i zmniejszenie powierzchni mórz przygotowały możliwość przedostania się roślin na ląd. W nowych warunkach zginęło wiele gatunków glonów. Inne dały początek pierwszym lądowym roślinom zarodnikowym - psilofitom. Jako adaptacja do życia na lądzie pojawiają się tkanki powłokowe, mechaniczne i przewodzące. Tworzą się zarodniki z grubą skorupą, chroniące organizm przed wysychaniem. Trylobity sylurskie pochodzenia zwierzęcego były powszechne w morzach.

Dewoński. W dewonie liczba psilofitów gwałtownie spadła i zostały one zastąpione przez likofity, rośliny skrzypopodobne i paprociowe. Pojawienie się organów wegetatywnych zwiększyło efektywność funkcjonowania poszczególnych części roślin i ich aktywność życiową jako harmonijnie integralnego układu. Pod koniec tego okresu drzewiaste skrzypy, maczugi i paprocie utworzyły lasy nizinne, czemu sprzyjały intensywne procesy glebotwórcze i szczególne warunki klimatyczne. W tym samym okresie pojawiły się pierwsze nagonasienne, wyrastające ze starożytnych paproci i odziedziczone po drzewiastym wyglądzie. Pojawiające się rośliny nasienne mogły osiedlać się na bardziej suchych siedliskach, ponieważ ich rozmnażanie nie było już zależne od obecności wilgotnego środowiska. W tym okresie prymitywne gnathostomy – opancerzone ryby chrzęstne – wywodziły się ze skorupiaków. Pojawienie się szczęk tłumaczy się potrzebą aktywnego chwytania pożywienia i przejścia do aktywnego pływania. W dewonie pojawiły się prawdziwe rekiny, a także ryby płetwiaste, dwudyszne i promieniopłetwe. Ewolucja ryb płetwiastych i dwudysznych nastąpiła w wysychających i ubogich w tlen zbiornikach wodnych. W górnym dewonie na ląd przybyły kręgowce. Jest to spowodowane zmianami klimatycznymi i wysychaniem małych zbiorników wodnych. Z ryb płetwiastych, zdolnych do oddychania powietrzem atmosferycznym i pełzania z jednego zbiornika do drugiego za pomocą płetw, wyewoluowały pierwsze płazy, stegocefalia. Stegocefalianie żyli na terenach podmokłych, wychodzili na ląd, ale rozmnażali się wyłącznie w wodzie.

Okres karboński. Wśród gatunków drzewiastych szeroko rozpowszechnione były likofity i sigillariaceae, osiągające wysokość 30 m lub więcej. Wśród pierwotnych nagonasiennych dominowały różne pteridospermy i kordaity, których pnie przypominają drzewa iglaste i mają długie, wstążkowate liście.

Okres permu. Zniknęły rozległe lasy bagienne karbonu. Drzewiaste rośliny zarodnikowe zostały zastąpione nagonasiennymi, które mają rozwinięty system korzeni palowych i rozmnażają się przez nasiona. W okresie permu wymarły duże mięczaki morskie, trylobity, duże ryby, skorupiaki, duże owady i pajęczaki. Wyginęło także wiele płazów, do dziś przetrwały jedynie małe płazy (traszki, żaby, ropuchy), a wymarłe płazy zostały zastąpione przez bardziej postępową grupę zwierząt wywodzącą się od scegocefali – gadów. Mają suchą, zrogowaciałą skórę, gęstsze, komórkowe płuca i bardziej wydajny sposób oddychania, podczas którego powietrze jest wciągane do płuc i wypychane z powrotem poprzez rozszerzanie i kurczenie się klatki piersiowej. Mają zapłodnienie wewnętrzne, jajo ma zapas składników odżywczych i ochronnych błon jajowych. U gadów nastąpiło rozdzielenie kręgosłupa szyjnego, co umożliwiło im swobodne poruszanie głową i... dlatego szybko reaguj na zdarzenia zewnętrzne. Mają bardziej zaawansowane kończyny niż płazy, które unoszą ich ciało nad ziemię i pozwalają im szybko się poruszać. W tym samym czasie powstały terapsydy (prawdopodobni przodkowie ssaków, łączący w swojej strukturze cechy płazów, gadów i ssaków).

Era mezozoiczna.

Trias. W triasie nagonasienne były szeroko rozpowszechnione wśród roślin, zwłaszcza drzew iglastych, które zajmowały pozycję dominującą. W morzach amonity, koralowce, szkarłupnie itp., a na lądzie owady, w tym latające, osiągnęły ogromną różnorodność. W tym okresie gady rozprzestrzeniły się szeroko: ichtiozaury, plezjozaury żyły w morzach, latające jaszczurki żyły w powietrzu, a także były różnorodnie reprezentowane na lądzie. Na samym początku triasu od gadów oddzieliła się grupa małych zwierząt o bardziej zaawansowanej budowie szkieletowej i zębowej. Zwierzęta te nabyły zdolność do żywotnego rodzenia, stałą temperaturę ciała, miały czterokomorowe serce i szereg innych postępowych cech organizacyjnych. Były to pierwsze prymitywne ssaki zbliżone do stekowców.

Okres jurajski. W okresie jurajskim powstały rozległe bagna i jeziora. Nagonasienne były nadal szeroko rozpowszechnione. W tym okresie gady rozkwitły i podbiły wodę, ziemię i powietrze. Wśród nich były gigantyczne brontozaury bagienne i diplodoki, latające jaszczurki i ichtiozaury. Archaeopteryx, przodkowie ptaków, wywodzą się od przodków dinozaurów ptasiomiednicznych.

Okres kredowy. W połowie tego okresu pojawiły się pierwsze rośliny kwitnące, wywodzące się z nagonasiennych. Pierwszymi przedstawicielami okrytonasiennych były krzewy lub niskie drzewa o małych liściach. Następnie dość szybko rośliny kwitnące osiągnęły ogromną różnorodność form o znacznych rozmiarach i dużych liściach (na przykład powstały rodziny magnolii, platanu i lauru). Równolegle z nimi rozwinęły się owady, które będąc zapylaczami roślin kwiatowych, w znacznym stopniu przyczyniły się do ich postępującej ewolucji. Zapylanie przez owady i nawożenie wewnętrzne stworzyły znaczną przewagę roślin kwitnących nad nagonasiennymi. Obecnie liczba gatunków okrytozalążkowych wynosi około 250 tysięcy, czyli prawie połowę wszystkich obecnie znanych gatunków roślin. Pod koniec okresu kredowego większość nagonasiennych.

W okresie kredowym dominacja gadów nadal trwała. Pojawiły się prawdziwe ptaki i ssaki łożyskowe. Oznakami wysokiego stopnia organizacji była u nich stała temperatura ciała, całkowite oddzielenie przepływu krwi tętniczej i żylnej, zwiększone tempo metabolizmu, doskonała termoregulacja, a u ssaków dodatkowo żywotność i karmienie młodych mlekiem, rozwój kory mózgowej . Postępowe cechy organizacji pozwoliły tym grupom stopniowo zająć pozycję dominującą.

Era kenozoiczna.

Paleogen. W paleogenie powszechne były lasy tropikalne i subtropikalne. W tym czasie ssaki, przystosowując się do różnych warunków życia, zajęły dominującą pozycję na lądzie, w powietrzu i wodzie. Pojawiły się ssaki mięsożerne, z których jako pierwsze odgałęziły się współczesne grupy mięsożerców: niedźwiedzie, łasicowate, koty i kły. Wyewoluowały z nich także prymitywne kopytne.

Neogen. Pod koniec neogenu rozpoczął się proces zasiedlania ziemi. Ze względu na wysuszający klimat lasy tropikalne i sawannowe w wielu miejscach na Ziemi zostały zastąpione otwartymi krajobrazami. Zmiany te doprowadziły do ​​rozwoju roślin zbożowych przystosowanych do życia w klimacie suchym lub sezonowo suchym. Pożywne i łatwostrawne łodygi, liście i nasiona traw zielnych stały się idealnym pokarmem dla szybko rozwijającej się grupy roślinożernych ssaków.

Pojawiły się także trąbowce, parzystokopytne, parzystokopytne i walenie. Chiropterany, naczelne i gryzonie wyewoluowały niezależnie od owadożerców. W tym czasie świat ptaków, ryb kostnych i owadów jest niezwykle różnorodny i bogaty.

Okres czwartorzędowy. Najważniejszym wydarzeniem okresu czwartorzędu było pojawienie się i ukształtowanie człowieka (Homo sapiens), co wywarło ogromny wpływ na dynamikę roślinności i populacji zwierząt w ciągu ostatnich kilku tysiącleci. W czasach polodowcowych nastąpiło ostateczne ukształtowanie się współczesnego naturalnego rozmieszczenia strefowego szaty roślinnej i populacji zwierzęcej Ziemi.

ROZDZIAŁ 2. WPŁYW ABIOTYCZNYCH I BIOTYCZNYCH CZYNNIKÓW ŚRODOWISKOWYCH NA ORGANIZMY ŻYWE

2.1 Abiotyczne czynniki środowiska

Abiotyczne czynniki środowiskowe to zespół warunków środowiskowych, które mają bezpośredni lub pośredni wpływ na rośliny. Czynniki abiotyczne obejmują czynniki chemiczne i fizyczne. Chemiczne czynniki abiotyczne to gazowe składniki powietrza atmosferycznego oraz skład chemiczny zbiorników wodnych i gleb. Czynnikami abiotycznymi fizycznymi są: temperatura, wilgotność, intensywność promieniowania słonecznego. W niektórych klasyfikacjach czynniki abiotyczne, takie jak czynniki orograficzne, w tym rzeźba terenu i różnice geologiczne w powierzchni ziemi, są klasyfikowane jako osobna grupa. Wpływ czynników abiotycznych na organizm jest zróżnicowany i zależy od intensywności oddziaływania poszczególnych czynników oraz ich kombinacji. Liczebność i rozmieszczenie danego gatunku roślin na danym terytorium determinuje wpływ ograniczających czynników abiotycznych, które są niezbędne, ale ich wartości są minimalne (jak brak wody na terenach pustynnych).

Rycina 4. Główne abiotyczne czynniki środowiska.

Światło. Światło z jednej strony jest podstawowym źródłem energii dla organizmów, bez której życie nie jest możliwe. Z drugiej strony bezpośrednia ekspozycja komórki na światło jest śmiertelna dla organizmów. Ewolucja biosfery jako całości miała na celu „oswojenie” napływającego promieniowania słonecznego, wykorzystanie jego korzystnych składników i ochrona przed szkodliwymi. W związku z tym światło jest nie tylko niezbędne, ale także czynnikiem ograniczającym, zarówno na poziomie minimalnym, jak i maksymalnym.

Światło słoneczne to promieniowanie elektromagnetyczne o różnych długościach fal od 0,05 do 3000 nm i więcej. Przepływ ten można podzielić na kilka regionów różniących się właściwościami fizycznymi i znaczeniem ekologicznym dla różnych grup organizmów. Granice tych obszarów można w przybliżeniu przedstawić w następujący sposób:

. <150 нм - зона ионизирующей радиации,

150 - 400 nm - promieniowanie ultrafioletowe,

400 - 800 nm - światło widzialne

800 - 1000 nm - promieniowanie podczerwone

. >1000 nm - tzw. strefa promieniowanie dalekiej podczerwieni - potężny czynnik w reżimie termicznym środowiska.

Twardy ultrafiolet o długości fali mniejszej niż 290 nm jest destrukcyjny dla żywych komórek, nie dociera do powierzchni Ziemi, gdyż jest odbijany przez ekran ozonowy. Miękkie ultrafiolet o długości fali od 150 do 400 nm niesie ze sobą dużo energii i powoduje powstawanie witaminy D w ludzkiej skórze, jest także odbierany przez narządy wzroku wielu owadów; promienie te w umiarkowanych dawkach stymulują wzrost i reprodukcję komórek, zwiększają zawartość witamin i zwiększają odporność na choroby. Światło widzialne o długości fali od 400 do 800 nm wykorzystywane jest do fotosyntezy przez organizmy fototroficzne (rośliny, bakterie fotosyntetyzujące, niebiesko-zielone) i zwierzęta w celu orientacji. Podczerwona część widma słonecznego (promienie cieplne) o długości fali większej niż 750 nm powoduje nagrzewanie obiektów, ta część widma jest szczególnie ważna dla zwierząt o niestabilnej temperaturze ciała - poikilotermy.

Światło słoneczne o energii 2 cal pada na biosferę z kosmosu. o 1 cm2 w ciągu 1 minuty. Jest to tak zwana stała słoneczna. Światło to przechodząc przez atmosferę jest osłabione i w pogodne południe do powierzchni Ziemi może dotrzeć nie więcej niż 67% jego energii. Przechodząc przez zachmurzenie, wodę i roślinność, światło słoneczne ulega dalszemu osłabieniu, a rozkład w nim energii w różnych częściach widma zmienia się znacząco.

Energia promieniowania docierająca do powierzchni ziemi w pogodny dzień składa się z około 10% promieniowania ultrafioletowego, 45% światła widzialnego i 45% promieniowania podczerwonego. Światło widzialne ulega najmniejszemu osłabieniu podczas przechodzenia przez chmury i wodę. W związku z tym fotosynteza może zachodzić w pochmurne dni i pod warstwą czystej wody o określonej grubości. Wszystkie żywe organizmy potrzebują światła. Ale niektóre organizmy mogą rozwijać się w całkowitej ciemności. Na przykład wiele grzybów i bakterii.

Światło widzialne ma szczególne znaczenie w życiu wszystkich organizmów. Przy udziale światła w roślinach i zwierzętach zachodzą najważniejsze procesy: fotosynteza, transpiracja, fotoperiodyzm, ruch, widzenie itp. Pod wpływem światła powstaje chlorofil i zachodzi proces fotosyntezy, tj. synteza substancji organicznych z nieorganicznych. Aktywność fotosyntetyczna roślin zielonych dostarcza planecie materię organiczną. Odżywienie wszystkich organizmów zależy od lądowych roślin fotosyntetyzujących. Rośliny do fotosyntezy wykorzystują głównie promienie niebieskie i czerwone. Ze względu na światło dzieli się je na światłolubne (rośliny stepowe), tolerujące cień (większość gatunków lasotwórczych) i cieniste (mchy, paprocie).

Ruch Ziemi wokół Słońca powoduje regularne zmiany długości dnia i nocy w zależności od pór roku. Rytm sezonowy w aktywności życiowej organizmów determinowany jest przede wszystkim zmniejszeniem jasnej części dnia jesienią i wzrostem wiosny. Długość dnia jest ważnym czynnikiem regulującym życie organizmów żywych. Sezonowe zmiany w aktywności fizjologicznej organizmów żywych w odpowiedzi na zmiany długości dnia i nocy nazywane są fotoperiodyzmem. Długość dnia dziennego, w przeciwieństwie do innych czynników abiotycznych, jest ściśle zróżnicowana dla każdego obszaru (najkrótszy dzień to 22 grudnia, a najdłuższy 22 czerwca, długość dowolnego dnia w roku jest znana). W wyniku doboru naturalnego przeżyły organizmy, których funkcje fizjologiczne regulowane były długością dnia. Adaptacja do sezonowych zmian w godzinach dziennych doprowadziła do pojawienia się roślin o dniu długim i krótkim. Kwitną na początku lata, do jesieni owoce i nasiona mają czas dojrzeć - są to rośliny strefy środkowej i północnej (żyto, pszenica, owies), rośliny krótkiego dnia (astry, dalie, chryzantemy) ) - rośliny pochodzenia południowego, gdzie dzień dzienny trwa około 12 godzin, dlatego u nas kwitną w krótkie dni jesienne. Skrócenie godzin dziennych pod koniec lata prowadzi do ustania wzrostu, stymuluje odkładanie przez organizm rezerwowych składników odżywczych, powoduje jesienne linienie zwierząt, determinuje moment łączenia się w stada, migrację, przejście do stanu odpoczynek i hibernacja. Zwiększenie długości dnia słonecznego stymuluje funkcje seksualne u ptaków i ssaków oraz determinuje termin kwitnienia roślin.

Temperatura. Warunki termiczne są najważniejszym warunkiem istnienia wszystkich żywych organizmów, ponieważ wszystkie procesy fizjologiczne w nich są możliwe w określonych warunkach. Granice, w jakich może istnieć życie, są bardzo wąskie - około 300°C, od -200°C do +100°C. W rzeczywistości większość gatunków i najbardziej aktywne procesy fizjologiczne ograniczają się do węższego zakresu temperatur. Z reguły są to temperatury, w których możliwa jest normalna budowa i funkcjonowanie białek, od 0 do 50 0C. Jednocześnie istnieją organizmy posiadające wyspecjalizowane układy enzymatyczne, co zapewnia im zdolność do aktywnego istnienia w temperaturach ciała przekraczających określone limity.

Znaczenie temperatury polega na tym, że zmienia ona tempo procesów biochemicznych w komórkach, a to wpływa na aktywność życiową organizmu jako całości. Ze względu na temperaturę jako czynnik środowiskowy wszystkie organizmy dzielą się na dwie grupy: kochające zimno i ciepło.

Organizmy kochające zimno mogą żyć w stosunkowo niskich temperaturach i nie tolerują wysokich temperatur. Dlatego gatunki drzew i krzewów Jakucji nie zamarzają w temperaturze -70°C, na Antarktydzie porosty, skoczogonki i pingwiny żyją w tej samej temperaturze.

U gatunków kochających ciepło aktywność życiowa ogranicza się do warunków o dość wysokich temperaturach. Są to głównie mieszkańcy gorących tropikalnych regionów Ziemi. Nie tolerują niskich temperatur i często giną w temperaturze 0°C, chociaż nie dochodzi do fizycznego zamarzania ich tkanek. Przyczyną ich śmierci jest z reguły zaburzenie metaboliczne, prowadzące do powstawania w roślinach nietypowych dla nich produktów, w tym szkodliwych, powodujących zatrucie.

Organizmy żywe w procesie ewolucji wykształciły różne formy adaptacji do temperatury, w tym morfologiczne, biochemiczne, fizjologiczne, behawioralne itp. Jedną z najważniejszych adaptacji roślin do temperatury jest ich forma wzrostu. Tam, gdzie jest mało ciepła - w Arktyce, na wyżynach - rośnie wiele roślin poduszkowatych, wiele roślin poduszkowatych, rośliny z podstawowymi rozetami liści, formy pełzające. Pędy pełzające zimują pod śniegiem i nie są narażone na szkodliwe działanie niskich temperatur.

U zwierząt wyraźnie widoczne są także morfologiczne przystosowania do temperatury. Pod wpływem czynnika temperaturowego u zwierząt rozwijają się takie cechy morfologiczne, jak odblaskowość ciała, puch, pióra i wełna oraz złogi tłuszczu. Większość owadów zamieszkujących Arktykę i wysokie góry ma ciemny kolor. Sprzyja to zwiększonemu wchłanianiu ciepła słonecznego. Zwierzęta endotermiczne występujące w zimnych regionach (niedźwiedzie polarne, wieloryby itp.) są zwykle duże, podczas gdy mieszkańcy gorących krajów (na przykład wiele ssaków owadożernych) są zwykle mniejsze. Zjawisko to nazywa się regułą Bergmana. Zgodnie z tą zasadą w miarę przemieszczania się na północ zwiększa się średnia wielkość ciała w populacjach zwierząt endotermicznych.

Zwierzęta wykazują różnorodne adaptacje behawioralne do temperatury. Przejawiają się w migracji zwierząt do miejsc o korzystniejszych temperaturach, zmianach w czasie aktywności itp. Na pustyniach, gdzie powierzchnia w ciągu dnia może nagrzać się do 60-70°C, na gorącym piasku prawie nie widać zwierząt. Owady, gady i ssaki spędzają upały, chowając się w norach. W głębi gleby temperatura nie waha się tak gwałtownie i jest stosunkowo niska. Kiedy temperatura spada, większość zwierząt przestawia się na jedzenie bardziej kaloryczne. W ciepłym sezonie wiewiórki jedzą ponad 100 rodzajów pożywienia, ale zimą żywią się głównie nasionami iglastymi, bogatymi w tłuszcze. Gatunki żyjące w chłodniejszym klimacie mają mniejsze części ciała (ogon, uszy, kończyny) niż pokrewne gatunki z cieplejszego klimatu.

Skład gazowy atmosfery jest również ważnym czynnikiem klimatycznym. Około 3-3,5 miliarda lat temu atmosfera zawierała azot, amoniak, wodór, metan i parę wodną, ​​nie było w niej wolnego tlenu. Skład atmosfery był w dużej mierze zdeterminowany przez gazy wulkaniczne. Ze względu na brak tlenu nie było ekranu ozonowego blokującego promieniowanie ultrafioletowe Słońca. Z biegiem czasu, w wyniku procesów abiotycznych, w atmosferze planety zaczął gromadzić się tlen i zaczęło się tworzenie warstwy ozonowej. Mniej więcej w połowie paleozoiku zużycie tlenu zrównało się z jego produkcją; w tym okresie zawartość O2 w atmosferze była bliska współczesnemu poziomowi, około 20%. Co ciekawe, dla wielu roślin wyższych stężenia tlenu i dwutlenku węgla są ograniczające. U wielu roślin możliwe jest zwiększenie efektywności fotosyntezy poprzez zwiększenie stężenia dwutlenku węgla, jednak mało wiadomo, że zmniejszenie stężenia tlenu może również prowadzić do zwiększenia fotosyntezy. W doświadczeniach na roślinach strączkowych i wielu innych roślinach wykazano, że zmniejszenie zawartości tlenu w powietrzu do 5% zwiększa intensywność fotosyntezy o 50%. Niezwykle ważną rolę odgrywa także azot. Jest to najważniejszy pierwiastek biogenny biorący udział w tworzeniu struktur białkowych organizmów. Wiatr ma ograniczający wpływ na aktywność i rozmieszczenie organizmów.

Wilgotność w niektórych siedliskach jest ograniczającym czynnikiem abiotycznym dla organizmów żywych i determinuje skład flory i fauny danego obszaru, np. pustyni. Roślina pobiera składniki odżywcze głównie w stanie rozpuszczonym. Woda jest także niezbędna do innych procesów życiowych roślin, a dla wielu organizmów jest także siedliskiem. W zależności od zapotrzebowania na wodę wyróżnia się różne grupy ekologiczne roślin. Roślinność wodna obejmuje rośliny, które nie mogą żyć poza środowiskiem wodnym (elodea, rzęsa). Rośliny bliskowodne (lądowo-wodne) rosną wzdłuż brzegów zbiorników wodnych i mogą być częściowo zanurzone w wodzie w wilgotnych lasach i na bagnach (len kukułkowy, trzcina, torfowiec). Rośliny te występują tylko w warunkach dużej wilgotności gleby i nawet przy krótkotrwałym braku wody rośliny te więdną i mogą obumierać. Rośliny lądowe rosną na lądzie i mogą być odporne na suszę (kaktus, trawa pierzasta, cierń wielbłąda) lub wytrzymywać krótkotrwałą suszę, rosnąc w warunkach umiarkowanej wilgotności (brzoza, żyto, dąb). Rośliny odporne na suszę mają przystosowania do życia w suchych miejscach, takie jak zmodyfikowane liście, dobrze rozwinięty system korzeniowy.Przykładowo sukulenty gromadzą wodę w tkankach swojego ciała, np. Kaktusy.

2.2 Biotyczne czynniki środowiskowe

Wpływ biotycznych czynników środowiska objawia się oddziaływaniem różnych organizmów żywych na rośliny i łącznie na otaczającą przestrzeń. Interakcje między organizmami mogą być bezpośrednie i pośrednie.

Rycina 5. Biotyczne czynniki środowiskowe.

Komensalizm to współżycie różnych organizmów, gdy jeden organizm osiadając w ciele drugiego i żerując na jego koszt, nie szkodzi żywicielowi (bakteriom w jelicie człowieka). W amensalizmie jeden ze współistniejących organizmów doznaje uszkodzeń, a drugi jest obojętny na działanie pierwszego (penicillium zabija bakterie, które nie mogą na niego wpływać).

Symbioza to wszelkie formy współżycia organizmów różnych gatunków. A wzajemnie korzystne współistnienie organizmów należących do różnych gatunków nazywa się mutualizmem. Jako przykład możemy przytoczyć fakt związku roślin strączkowych z bakteriami brodawkowymi wiążącymi azot, które żyją w ich systemie korzeniowym. W podobny sposób korzenie roślin wyższych oddziałują z grzybnią grzybów kapeluszowych. Obydwa organizmy otrzymują od siebie substancje niezbędne do życia.

Konkurencja to rodzaj interakcji, w którym rośliny tego samego lub różnych gatunków mogą ze sobą konkurować o zasoby otaczającej przestrzeni - wodę, oświetlenie, składniki odżywcze, lokalizację itp. W tym przypadku zużycie pewnych zasobów przez niektóre organizmy zmniejsza ich dostępność dla innych.

Przykładem konkurencji wewnątrzgatunkowej jest sztuczny las sosnowy, w którym o światło konkurują drzewa w tym samym wieku. Drzewa, które nie nadążają za tymi, które rosną szybciej, w cieniu rozwijają się znacznie gorzej i wiele z nich umiera. Konkurencję międzygatunkową można prześledzić między gatunkami i rodzajami roślin o podobnych potrzebach, które należą do tej samej grupy, na przykład w lasach mieszanych między grabem a dębem.

Wiele zwierząt roślinożernych to zwierzęta roślinożerne, a ich związek z roślinami opiera się na jedzeniu. Zatem na pastwiskach zwierzęta jedzą tylko określone rodzaje roślin, nie dotykając innych, które są trujące lub mają nieprzyjemny smak. Z biegiem czasu prowadzi to do zasadniczych zmian w składzie gatunkowym roślinności na danym obszarze. Niektóre rośliny posiadają zabezpieczenia przed zjedzeniem przez zwierzęta, np. przed uwolnieniem substancji toksycznych, zmodyfikowanymi liśćmi-kolcami).

ROZDZIAŁ 3. ZNACZENIE I ROLA BIOSFERY W ROZWOJU ŚRODOWISKA GEOGRAFICZNEGO

3.1. Specyfika życia w powłokach składowych

Powłoka geograficzna obejmuje trzy główne powłoki składowe: atmosferę, hydrosferę i litosferę. I w każdej z tych skorup składowych życie objawia się na swój sposób.

Rycina 6. Granica biosfery Ziemi.

Górną granicę rozkładu życia w atmosferze wyznaczają najwyraźniej nie tyle niskie temperatury, ile niszczycielskie działanie promieniowania. Zatem pyłki roślin kwiatowych i nagonasiennych, zarodniki grzybów, mchów, paproci i porostów, bakterie i organizmy pierwotniakowe obecne są w powietrzu stale lub w rytmach sezonowych. Na lądzie i wodzie, w deszczu, śniegu, chmurach i mgle, oprócz pyłków i zarodników, znajdowano mikroorganizmy. Całe środowisko powietrzne to zawiesina żywotnych pyłków, zarodników i mikroorganizmów, których zawartość zmniejsza się wraz z wysokością. Natężenie promieniowania wytwarzanego przez promienie kosmiczne na wysokości 9 km jest kilkadziesiąt razy większe niż na poziomie morza, a na wysokościach 15–18 km wzrasta setki razy. Rozmieszczenie mikroorganizmów na dużych wysokościach jest ograniczone przez przepływ twardego promieniowania ultrafioletowego ze Słońca, które zabija wszystkie żywe istoty.

V.I. Vernadsky zauważył, że granice biosfery wyznacza przede wszystkim pole istnienia życia, czyli pole, na którym możliwe jest rozmnażanie się organizmów. Można argumentować, że cała troposfera, której wysokość wynosi 8-10 km na szerokościach polarnych i 16-18 km na równiku, jest w mniejszym lub większym stopniu zaludniona przez organizmy żywe, które zamieszkują ją czasowo lub na stałe. Już w tropopauzie właściwości fizyczne i temperaturowe biosfery zmieniają się gwałtownie, w szczególności zatrzymuje się intensywne turbulentne mieszanie mas powietrza. Stratosfera, położona nad tropopauzą, raczej nie nadaje się do istnienia mikroorganizmów. Górna granica biosfery, czyli pola istnienia życia, jest dość wyraźnie widoczna w tropopauzie. Jednocześnie górna granica wprowadzenia zarodników i mikroorganizmów, która wyznacza „pole stabilności życia” (organizmy żywe istnieją, ale nie rozmnażają się), jest możliwa aż do górnej granicy stratosfery.

Zatem obszar dystrybucji organizmów żywych ogranicza się głównie do troposfery. Przykładowo górna granica lotu orłów przypada na wysokość 7 km; rośliny w systemach górskich i owady w powietrzu nie są powszechne powyżej 6 km; górna granica stałego zamieszkania ludzi wynosi 5, uprawiane przez niego ziemie wynoszą 4,5 km, lasy w systemach górskich tropików nie rosną powyżej 4 km.

Troposfera to środowisko powietrzne, w którym odbywa się jedynie ruch organizmów, często za pomocą specjalnie do tego przystosowanych narządów. Najwyraźniej nie ma prawdziwego aeroplanktonu, który trwale żyje i rozmnaża się w powietrzu. W przeciwnym razie troposfera byłaby „galaretką” maksymalnie nasyconą mikroorganizmami. Organizmy cały swój cykl rozwojowy, łącznie z rozmnażaniem, przeprowadzają wyłącznie w litosferze i hydrosferze, a także na granicy powietrza z tymi muszlami.

Górne warstwy atmosfery i stratosfery, do których mogą zostać wprowadzone mikroorganizmy, a także najzimniejsze i najgorętsze rejony globu, gdzie organizmy mogą istnieć jedynie w stanie uśpionym, nazywane są parabiosferą (wg J. Hutchinsona).

Biosfera obejmuje całkowicie hydrosferę - jeziora, rzeki, morza i oceany. W morzach i oceanach największe skupisko życia występuje w strefie eufotycznej, gdzie przenika światło słoneczne. Zwykle jego głębokość nie przekracza 200 m w morzach i kontynentalnych basenach słodkowodnych. To właśnie w tej strefie możliwa jest fotosynteza, skupiają się wszystkie organizmy fotosyntetyczne i powstają pierwotne produkty biologiczne.

Strefa dysfotyczna rozpoczynająca się na głębokości 200 m charakteryzuje się całkowitą ciemnością i brakiem roślin fotosyntetyzujących. Jest to siedlisko wodne dla aktywnie poruszających się zwierząt. Jednocześnie martwe rośliny, odchody i zwłoki zwierząt spadają przez nią ciągłym strumieniem na dno mórz i oceanów.

Nie ma jeszcze jasnego pojęcia o dolnej, litosferycznej granicy biosfery. Większość prac poświęconych biosferze wskazuje, że dolna granica biosfery na kontynentach wynosi średnio 2-3 km. Tutaj, w warunkach niskiej temperatury i ciśnienia w porównaniu do głębszych warstw, ale przy udziale organizmów żywych (mikroorganizmów) i wody, migracja pierwiastków chemicznych zatrzymuje się. Badania mikrobiologiczne wskazują, że mikroorganizmy występują także w wodach złożowych otaczających ropę, choć sam olej jest sterylny. Pod oceanami granica litosfery biosfery rozciąga się na 0,5-1,0 km i ewentualnie 3,0 km poniżej ich dna. Nie ma jeszcze wiarygodnych informacji o głębszej penetracji życia do litosfery, pomimo intensywnych prac wiertniczych.

W troposferze i litosferze fazy stałe, ciekła i gazowa materii oddziałują na siebie, materia żywa wpływa bezpośrednio na wszystkie naturalne procesy. Skorupa globu na granicy atmosfery, hydrolitosfery, na której koncentruje się żywa materia planety, nazywa się biogeosferą.Pojęcie biogeosfery jest bliskie w swojej treści pojęciu „skorupy krajobrazowej” Tylko w biogeosferze możliwa jest stała obecność człowieka i jego wszechstronna działalność. .

3.2. Etapy rozwoju otoczki geograficznej pod wpływem biocenoz

Otoczka geograficzna to integralny system materialny powstały w wyniku wzajemnego przenikania się atmosfery, hydrosfery, litosfery i materii żywej.

Życie muszli geograficznej składa się z kilku etapów. Najwcześniejszy jest etap rozwoju prebiosfery, następnie etap rozwoju biosfery. Obecnie coraz więcej naukowców zaczyna twierdzić, że rozpoczyna się nowy etap w życiu powłoki geograficznej – Noosfery. Rozwój podążał ścieżką rosnącej złożoności konstrukcji, w procesie interakcji powstawały nowe komponenty i kompleksy. Każdy nowy etap charakteryzuje się pojawieniem się nowych cykli materii i energii.

Etap rozwoju prebiosfery (geologiczny) trwał od 4,5 miliarda lat do 570 milionów lat. W tym czasie doszło do powstania kontynentów i basenów oceanicznych, powstała atmosfera i hydrosfera. Na etapie prebiosficznym atmosfera, hydrosfera i litosfera wchodziły w interakcję. Żywa materia istniała, ale nie miała ciągłego rozkładu. W tym czasie integralność skorupy była utrzymywana przez cykle wody i pierwiastków chemicznych. W wyniku oddziaływania składników pierwotnych – wody, powietrza, skał – powstały składniki powłoki geograficznej. Powstała naturalna woda i powietrze, g. komponenty niosą ze sobą skutki oddziaływania powłok. Naturalne powietrze nie jest już tylko gazami atmosferycznymi; zawiera hydrosferę i stałe cząstki litosfery. Naturalna woda zawiera sole i gazy, powstały też skały osadowe. Na etapie prebiosferycznym górna granica powłoki geograficznej znajdowała się prawdopodobnie na wysokości 80 km (w tej warstwie występują chmury noctilcentne składające się z zamarzniętych gazów i lodu, czyli para wodna została przeniesiona na tę „wysokość” podczas cyrkulacji ). Ponadto na tej wysokości przechodzi granica homosfery. Dolna granica przebiegała wzdłuż granicy warstwy osadowej: skały osadowe powstały w wyniku oddziaływania wody i powietrza na skały, dodatkowo to tutaj znajdują się podziemne poziomy wód.