Биосфера и биомы

 
Потоки переноса вещества и энергии (в том числе и с непосредственным участием живых организмов) могут связывать не только соседние биогеоценозы, но и охватывать всю поверхность Земли. Поэтому можно говорить о единой, сложной и взаимосвязанной экосистеме высшего ранга — биосфере.

Биосфера — это сложная, грандиозная экологогеографическая система, включающая в себя многочисленные системы низших рангов: биогеоценозы, популяции, организмы. Все они определенным образом взаимодействуют друг с другом и обеспечивают, с одной стороны, определенную устойчивость биосферы, а с другой — ее развитие, эволюцию. Во многом и то и другое определяется биологическим разнообразием, т. е. тем многообразием форм жизни и биологических систем, какое мы можем реально наблюдать ныне и реконструируем для прошлых эпох.
Современное представление о биосфере как уникальной саморегулируемой, самовоспроизводимой и самоорганизующейся системе восходит к работам французского философа и палеонтолога Пьера Тейяра де Шардена и русского ученого Владимира Ивановича Вернадского начала XX в. Английский исследователь Джеймс Лавлок, развивая их взгляды, образно описывает биосферу как своеобразный сверхорганизм — Гею.
Биосфера в современном ее понимании — это оболочка Земли, охваченная деятельностью живого, в том числе и те части планеты, которые непосредственно зависят или зависели от нее в прошлом.
Верхняя граница биосферы соответствует озоновому слою стратосферы, т. е. располагается на высоте около 22-25 км. Нижняя проходит в основном по нижним горизонтам отложений осадочных пород, т. е. на глубине 5-7 км (рис. 36).
Та часть биосферы, где сейчас живые существа встречаются постоянно называют эубиосферой. Ее мощность существенно меньше — 5—6 км над поверхностью Земли и менее километра под ее поверхностью (если не принимать во внимание данные последних десятилетий XX в. по глубинным сообществам прокариот).
Общая биомасса биосферы (в сухом виде) оценивается в 2,5 х 1012 т. Большая ее часть приходится на сушу (в основном на наземную растительность), а в водных экосистемах биомасса составляет всего около 0,003 х 1012 т. Средняя же биомасса на один квадратный метр несколько превышает килограмм.
Новейшие данные позволяют пересмотреть эти величины. В верхних слоях земной коры выявлены богатейшие сообщества анаэробных бактерий, заселяющих как осадочные, так и другие горные породы (например базальты), нарушенные трещинами с водой. Они обнаружены даже на больших глубинах — глубже 3 000 м. По самым скромным оценкам, возможная живая масса таких бактериальных сообществ достигает 2 х 1014 т.
Если попытаться оценить общую массу самой биосферы, т. е. сложить биомассу, все органическое вещество биогенного происхождения и присутствующие в биосфере косные вещества, то эта величина может быть оценена в 2,5—3 х 1018 т. Это означает, что весовая доля живого вещества в биосфере относительно невелика. Однако не следует забывать, что значительная (если не большая) часть биосферы создавалась миллионы лет в ходе деятельности живых существ, да и современное функционирование биосферы во многом определяется их активностью.
По некоторым оценкам, биомасса, произведенная за последний миллиард лет, может составлять около 2 x 1020 т (при неизменном среднем уровне суммарной годовой продукции — 2,3 x 1011т). Эта величина в 10 раз больше массы всей земной коры.
Биосфера неоднородна. Меняется ее мощность, насыщенность живыми организмами и косным веществом. Это определяется многими причинами. Самые главные из них хорошо знакомы вам из физической географии. Это — основные географические факторы: зональность, связанная с шарообразной формой планеты, ее вращением вокруг оси и соответствующей неравномерной теплообеспеченностью; секторность, отражающая неравномерное распределение суши и моря и соответствующее неравномерное перемещение по континентам влажных воздушных масс;




Рис. 36. Вертикальный разрез через биосферу (по Реймерсу, 1990, с изм.)
3) тектоническая дифференциация, связанная с развитием рельефа и создающая на поверхности Земли сложную мозаику экосистем, располагающихся на разных высотах, различных склонах и в неодинаковом положении по отношению к водному стоку. Именно это во многом определяет наблюдаемое многообразие природных и нарушенных экосистем.
На суше проявляется влияние всех этих факторов. Первый из них обусловливает существование на всех континентах более или менее правильно протягивающихся природных зон.
По их расположению Северное и Южное полушарие зеркально симметричны. Вместе с тем на всех континентах эта картина нарушена в результате развития секторности и тектонической дифференциации. Поэтому нередко природные зоны вытянуты не с запада на восток, а с северо-запада на юго-восток (как в Северной Америке). Во многом это определяет как общий характер распределения продукции и биомассы (рис. 37), так и особенности и разнообразие сообществ.
В каждой точке земной поверхности складываются уникальные условия, нигде больше точно не повторяющиеся. Именно поэтому разнообразие сообществ почти неисчерпаемо. Однако в биосфере можно выделить основные их типы — биомы, существование которых во многом определяется общими физико-географическими условиями. Большинство биомов имеют свои народные названия — тайга, степь, пустыня и т. д.
Биомы различаются не только по видовому составу организмов, но и по биомассе, продукции, по скорости сукцессионных процессов (см. таблицу).
Можно выделить несколько основных групп биомов.
Лесные биомы существуют в условиях хорошего увлажнения и достаточной теплообеспеченности. Для них характерно господство деревьев и связанных с ними животных. Их биомасса много больше годовой продукции. Темпы сукцессий можно оценить как средние.
При недостаточном увлажнении, но сравнительно хорошей обеспеченности теплом формируются травянистые биомы — степи, прерии, саванны и т. п. Здесь господствуют травы, а деревья и кустарники относительно редки или отсутствуют вовсе. Обильны травоядные животные — копытные, грызуны,




саранчовые. Отношение биомасса/продукция близко к единице. Скорость сукцессионных смен высокая.
Рис. 37. Распределение биологической продукции в зависимости от обеспеченности теплом и влагой (диаметр кружков пропорционален биологической продукции; по горизонтали отложена величина отношения радиационного баланса к количеству тепла, необходимому для испарения годовой суммы осадков) (по Реймерсу, 1990, с изм.)
Аридные биомы — пустыни и полупустыни — типичны для районов с острым дефицитом влаги.

Местные растения разрежены, а основная часть фитомассы находится под землей. Однако нередко хорошо представлены как различные фитофаги (в том числе и крупные копытные), так и редуценты. Отношение биомасса/ продукция отчетливо зависит от особенностей конкретного типа пустынь, а вот сукцессионные процессы очень

замедлены.
В условиях недостатка тепла и постоянной подземной мерзлоты развиваются биомы приполярных районов. Обычны мхи и лишайники, а также низкие кустарники и кустарнички. В Северном полушарии к числу типичных фитофагов относятся северные олени, лемминги, гуси. Запас биомассы превышает годовую продукцию, но скорость сукцессионных смен крайне мала.
Своеобразны горные биомы. На низких высотах обычны экосистемы, близкие к местным равнинным. Выше же чаще всего появляются экосистемы, напоминающие биомы, характерные для более высоких широт. В высоких горных системах ряд завершается аналогами равнинных тундр и полярных пустынь.
В таблице представлены биомасса, продукция и продолжительность сукцессионных процессов в различных биомах

Биом		Био масса, т/га	Зоо масса, кг/га	Продукция, т/га в год	Продолжительность сукцессии, годы
	1	2	3	4	5
Лесные	Экваториальные и тропические леса	350-650	100- 150	15-30	50-200
	Леса средиземно морского типа	150-400	40 - 60	10- 16	200-500
	Леса умеренного типа	200-400	20- 130	8-12	200-400

	Саванны	20-40	15-50	7-15	100 - 200
CD ?
В к в	Степи,	15-25	5-30	10- 15	100
Й в	лесостепи,
Он ь	прерии

1		2	3	4	5
Аридные (пустыни и полупустыни		1-5	1-3	СЛ 1 СО	1000
Тундры и лесотундры		1-6	5-20	1-6	1000-3000
Океанические и морские	Открытый океан	0,01 - 0,05	90	1 -2	Нет данных
	Мелководья	0-15	700	3-10	Нет данных
	Коралловые рифы	20	1500	25	7-10

Наземные биомы отличаются большим разнообразием по сравнению с водными, где влияние основных географических факторов сглажено благодаря выравнивающим свойствам водной среды. Поэтому водные биомы не похожи на наземные. Им свойственна гораздо большая однородность.
В водоемах часто хорошо проявляются не только и не столько зональные особенности, а сколько расчленение по глубине, связанное как с разделением слоев воды, так и с ограниченным проникновением света. Именно поэтому основная продукция здесь производится в верхних, хорошо освещаемых слоях. Для водных биомов типичны замедленные изменения во времени.
Водные экосистемы находятся в самом нижнем положении на стоковой серии. Следовательно, они могут меняться из-за нарушения или изменения стока. Вообще говоря, значительная часть зафиксированной энергии поступает в водные экосистемы с суши. Продуктивность таких экосистем может быть очень большой, особенно на хорошо прогреваемых и освещаемых мелководьях. В отличие от суши основная продукция создается фотосинтезирующими одноклеточными (цианобактерии, диатомеи, кокколитофориды и др.). На больших глубинах, куда не проникает солнечный свет, экосистемы зависят от притока вещества сверху, но могут существовать и за счет веществ и энергии, поступающих их горячих источников.
Все биомы неразрывно связаны друг с другом. Наиболее важные связи обеспечиваются перемещениями воздушных и водных масс.
Общий характер их движения (рис. 38) определяется, во-первых, тепловыми различиями экваториальных и приполярных широт, во-вторых, вращением Земли, а во-третьих, разнообразными препятствиями (континентами — для океанических течений, горными хребтами — для воздушных потоков).

Рис. 38. Основные направления перемещения воздушных масс (по Шубаеву, 1977)
У экватора дуют северо-восточные (в Северном полушарии) ветры (пассаты) и господствуют восточные течения. В умеренных широтах преобладает перенос с запада на восток, а в приполярных областях — снова восточные. На циркуляцию воздушных масс влияет и сезонное изменение теплового режима на различных участках земной поверхности.
Циркуляция воды в океанах во многом напоминает общую



циркуляцию воздушных масс: восточно-западный перенос в экваториальных широтах и западно-восточный — в умеренных. Часто хорошо прослеживается подъем холодных вод с глубин.

Нередко обмены веществом и энергией между отдельными экосистемами обеспечиваются миграциями животных. При массовых миграциях количество перемещаемой биомассы может превышать миллионы тонн.
Миграционные потоки характерны также для экосистем, расположенных вдоль берегов морей и океанов. Здесь многие животные находят пропитание в океане, а большую часть жизни проводят на суше. 

Еще по теме Биосфера и биомы:

1. ЭВОЛЮЦИЯ БИОСФЕРЫ
2. Организация биосферы
3. 24.1. СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ БИОСФЕРЫ
4. 5. Биосфера как организм
5. 13. Эволюция биосферы
6. ТЕХНОГЕННЫЕФАКТОРЫ В БИОСФЕРЕ
7. Изучение структуры и функции биосферы
8. 24.2. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ БИОСФЕРЫ
9. 6.1. Понятие о биосфере, ее границах и функционировании
10. Глава V УГЛЕРОД В БИОСФЕРЕ И ПОЧВАХ
11. Распределение жизни в биосфере. 
12. 6. 4. 2. Среда биосферы
13. 7* Ценозы, но не биосфера
14. 6. 4. 3. Новый этап в состоянии биосферы. Ноосфера