Однако в дальнейшем некоторая часть кислорода в атмосферу стала попадать благодаря разложению углекислого газа простейшими микроорганизмами, а в последующем значительное его количество постоянно поступает за счет реакции фотосинтеза растений. Таким способом возникшая жизнь на нашей планете поддерживала свое существование. Для понимания этих процессов большое значение имеет выдвинутая свыше двух десятилетий назад Гея-гипотеза (от греч. Гея — Земля). Она была создана английским химиком Д. Лавлоком и американским микробиологом Л. Маргулис. Согласно этой гипотезе, поддержание длительной неравновесности земной атмосферы обязано жизненным процессам, совершающимся на Земле.
В настоящее время атмосфера у поверхности Земли по химическому составу на 78,1% состоит из азота, 21% — кислорода, 0,9% — аргона и незначительных долей процента других газов (водород, углекислый газ, гелий, неон). На расстоянии до 100 км процентное содержание элементов в атмосфере остается почти постоянным, но с высотой увеличивается доля легких газов. На очень больших высотах начинают преобладать водород и гелий.
Плотность воздуха и его давление с высотой убывают, а температура хотя в целом понижается, но изменяется более сложным образом. В нижних слоях атмосферы содержится также водяной пар, который играет существенную роль в процессе обмена теплом и влагой с поверхностью Земли. Именно этот обмен является основой круговорота воды, вызывая образование облаков и выпадение осадков. Вследствие неравномерного нагревания воздух в атмосфере находится в постоянном движении, образуя циклоны и антициклоны, которые определяют погоду на Земле, а во взаимодействии с водой океанов и морей существенно влияют на климат. Иногда в результате такого взаимодействия возникают штормы, ураганы, смерчи и другие разрушительные явления в природе.
На высоте около 25 км расположен озоновый слой, который предохраняет все живое на Земле от губительных космических, рентгеновских и других жестких излучений. Атмосфера рассеивает солнечный свет и другие излучения. Она обладает также собственным электрическим полем, благодаря которому в ней возникают различные электрические, оптические и звуковые явления.
Гидросфера, занимающая большую часть поверхности Земли (70%), по-видимому, возникла вместе с атмосферой на очень ранней стадии формирования нашей планеты. В процессе формирования Земли сначала, по-видимому, из тяжелых частиц образовалось прото-ядро, которое присоединило к себе вещество, ставшее впоследствии мантией. Действие гравитационных сил привело к интенсивному сжатию вещества Земли и, как следствие, к ее уплотнению и уменьшению размеров. Одновременно с этим происходил процесс усиленной дегазации, при котором выделялись газы и пары воды. Попадая на поверхность планеты, где температура была более низкой, пары воды конденсировались в жидкость, легкие газы водород, гелий и некоторые другие покидали планету, а более тяжелые кислород и азот удерживались гравитационными силами и составили в дальнейшем атмосферу Земли. Такие предположения подтверждаются экспериментальными исследованиями и в настоящее время считаются достаточно обоснованными для объяснения происхождения гидросферы и атмосферы Земли, хотя происхождение кислорода в атмосфере может быть объяснено и другими причинами.
Атмосфера и гидросфера тесно взаимодействуют между собой, что и наглядно подтверждается процессами круговорота воды и воздуха на планете. Одновременно с этим обе сферы оказывает заметное воздействие на литосферу, медленно, постепенно, но неуклонно меняя верхнюю часть земной коры. Сама кора состоит в основном из 8 химических элементов: кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, магния, натрия и калия, причем почти половину ее массы составляет кислород, содержащийся в окислах металлов.
Глава 3 Биотоп и биоценоз
Понятие биоценоза. Живые организмы встречаются на Земле не в любых случайных сочетаниях, как независимые особи, а образуют закономерные комплексы (сообщества). Впервые на возможность выделения таких сообществ обратил внимание немецкий биолог Карл Август Мёбиус (1825— 1908). В 1877 г. он предложил для обозначения комплекса живых организмов, постоянно встречающихся вместе, при наличии одинаковых условий существования, термин биоценоз (от греч. bios — жизнь и koinos — общий, делать что-либо общим).
Биоценоз — это исторически сложившаяся группировка растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (участок суши или водоема) .
Итак, каждый биоценоз состоит из определенной совокупности живых организмов, относящихся к разным видам. Но мы знаем, что особи одного вида объединяются в природные системы, которые называются популяциями. Поэтому биоценоз может быть определен также и как совокупность популяций всех видов живых организмов, заселяющих общие места обитания.
В состав биоценоза входят совокупность растений на определенной территории — фитоценоз (от греч. phyton — растение), совокупность животных, проживающих в пределах фитоценоза, — зооценоз (от греч. zoon — животное), микробоценоз — совокупность микроорганизмов, населяющих почву, и микоценоз (от греч. mykes — гриб) — совокупность грибов. Примерами биоценозов являются лиственный, еловый, сосновый или смешанный лес, луг, болото и т.д.
Каждый биоценоз развивается в пределах однородного пространства, которое характеризуется определенным сочетанием абиотических факторов, таких как количество приходящей солнечной радиации, температура, влажность, химический и механический состав почвы, ее кислотность, рельеф местности и др. Такое однородное пространство (часть абиотической среды), занимаемое биоценозом, называется биотоп. Это может быть какой-либо участок суши или водоема, берег моря или склон горы. Биотоп — это неорганическая среда, которая является необходимым условием существования биоценоза. Между биоценозом и биотопом существует тесное взаимодействие.
Масштабы биоценозов могут быть различны — от сообществ подушек лишайников на стволах деревьев, моховых кочек на болоте или разлагающегося пня до населения целых ландшафтов. Так, на суше можно выделить биоценоз суходольного (незаливаемого водой) луга, биоценоз сосняка-беломошника, биоценоз ковыльной степи, биоценоз пшеничного поля и т .д.
В водной среде биоценозы обычно выделяют в соответствии с экологическими подразделениями водоемов — биоценоз прибрежных песчанистых или
илистых грунтов, биоценоз приливной зоны моря, биоценоз крупных водных растений прибрежной зоны озера, биоценоз пресного водоема и т.д. .
В конкретный биоценоз включаются не только организмы, постоянно обитающие на определенной территории, но и те, которые оказывают существенное воздействие на его жизнь, хоть и обитают в других биоценозах.
Например, многие насекомые размножаются в водоемах, где являются важным источником питания рыб и некоторых других животных. В молодом возрасте они входят в состав водного биоценоза, а во взрослом состоянии ведут наземный образ жизни, т.е. выступают как элементы сухопутных биоценозов. Зайцы могут питаться на лугу, а обитать в лесу. То же касается и многих видов лесных птиц, которые ищут себе пропитание не только в лесу, а и на прилегающих лугах или болотах.
Видовая структура биоценоза. Каждый биоценоз можно описать, основываясь на совокупности составляющих его видов. Видовое разнообразие различных биоценозов разное, что обусловлено их разным географическим положением. Установлено: оно уменьшается по направлению от тропиков в сторону высоких широт, что объясняется ухудшением условий жизни организмов.
Например, во влажных тропических лесах Малайзии на 1 га леса можно насчитать до 200 видов древесных пород. Биоценоз соснового леса в условиях Беларуси может включать максимум до десяти видов деревьев на 1 га, а на севере таежной области на такой же площади присутствует 2—5 видов. Наиболее бедными биоценозами по набору видов являются альпийские и арктические пустыни, самыми богатыми — тропические леса.
Если какой-либо вид растения (или животного) количественно преобладает в сообществе (имеет большую биомассу, продуктивность или численность), то такой вид называется доминантным, или доминирующим.
Доминантные виды есть в любом биоценозе. В дубраве это могучие дубы. Используя основную долю солнечной энергии и наращивая наибольшую биомассу, они затеняют почву, ослабляют движение воздуха и создают особые условия для жизни других обитателей леса.
Однако кроме дубов в дубраве проживает большое количество других организмов. Например, дождевые черви, живущие здесь, улучшают физические и химические свойства почвы, пропуская через пищеварительную систему частицы отмерших растений и опавших листьев. Дуб и червь вносят свой особый вклад в жизнедеятельность биоценоза, однако роль дуба здесь определяющая, поскольку вся жизнь дубового леса обусловливается этой древесной породой и связанными с ней растениями. Поэтому именно дуб является доминирующим видом в таком лесу.
Пространственная структура биоценоза. Виды распределяются в пространстве в соответствии с их потребностями и условиями местообитания. Такое распределение в пространстве видов, составляющих биоценоз, называется пространственной структурой биоценоза. Различают вертикальную и горизонтальную структуру биоценоза.