Главная Обратная связь

Дисциплины:






Масштабы и эффективность средообразующей функции жизни




Экосистемные функции и услуги можно сгруппировать в три основные категории:

·
формирование и поддержание параметров окружающей среды, пригодных для жизни человека – средообразующие функции;

·
биомасса, которую человек берет из природы (морепродукты, древесина, корма, топливо, сырье для фармацевтики и промышленности и др.) – продукционные функции и «экосистемные товары»;

·
информация, которая содержится в природных системах, их культурное, научное и образовательное значение – информационные и духовно-эстетические функции.

^ Ключевое значение для человечества имеют средообразующие функции природных экосистем Современные условия жизни на Земле, при которых может существовать человек, – результат эволюции и непрерывной работы живой природы на протяжении миллиардов лет. Самый яркий пример всем хорошо известен - кислородная атмосфера Земли создана и поддерживается деятельностью фотосинтезирующих организмов. Теория биотической регуляции, разработанная российскими учеными в русле идей В.И. Вернадского о биосфере, убедительно показывает, что современное состояние атмосферы, гидросферы и климата Земли поддерживается благодаря работе миллионов видов живых организмов. Если их работа прекратится, планета перейдет в одно из двух физически устойчивых состояний, непригодных для сложных форм жизни - состояния полного испарения воды или полного оледенения.

Масштабы влияния живых систем на формирование характеристик нашей планеты еще далеко не изучены. Например, разработанная при поддержке программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Научные основы сохранения биоразнообразия России» концепция организованности подземной биосферы существенно продвинула границы активности живых организмов вглубь земных недр. Было показано, что органическое вещество литосферы образуется не только из захороненной биомассы, но и в результате хемосинтеза в бактериальных сообществах глубоких и сверхглубоких горизонтов. Эти процессы вносят свой вклад также в формирование углеродного баланса в атмосфере.

Основными средообразующими функциями экосистем можно считать следующие:

·
поддержание параметров земной атмосферы и глобального климата;

·
стабилизация среды в локальном масштабе - сглаживание экстремальных погодных явлений (снижение вероятности и силы наводнений, засух и других стихийных катаклизмов);

·
формирование плодородных почв и их защита от эрозии;

·
очистка воды и поддержание устойчивого гидрологического режима территорий;

·
биологическая переработка и обезвреживание многих типов отходов и загрязнений.

Сохранившиеся к сегодняшнему дню природные экосистемы продолжают выполнять роль огромных резервуаров углерода (прежде всего - почва и фитомасса), причем, по оценкам Межправительственной группы экспертов по изменению климата, наибольшие накопления находятся в бореальных лесах [23]. В этой связи следует заметить, что разрушение этих экосистем приведет к дополнительному выбросу больших количеств углерода в атмосферу. Серьезную опасность представляет усиление эмиссии углекислого газа и метана болотами, тундрами и бореальными лесами, в результате процессов, вызванных потеплением климата - деградации мерзлоты [24], ускорения разложения органики и повышения частоты пожаров.



Средообразующие функции живого вещества

Средообразующие функции живого вещества. Всю деятель­ность живых организмов в биосфере можно, с определенной долей условности, свести к нескольким основополагающим функциям, которые позволяют значительно дополнить представление об их пре­образующей биосферно-геологической роли.

В. И. Вернадский выделял девять функций живого вещества: газовую, кислородную, окислительную, кальциевую, восстановитель­ную, концентрационную и другие. В настоящее время название этих функций несколько изменено, некоторые из них объединены. Мы приводим их в соответствии с классификацией А. В. Лапо (1987).

1. Энергетическая. Связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, рассеиванием.

2. Газовая - способность изменять и поддерживать определен­ный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.

3. Окислительно-восстановительная. Связана с интенсифи­кацией под влиянием живого вещества процессов как окисления, благодаря обогащению среды кислородом, так и восстановления прежде всего в тех случаях, когда идет разложение органических веществ при дефиците кислорода.

4. Концентрационная - способность организмов концентриро­вать в своем теле рассеянные химические элементы, повышая их содержание по сравнению с окружающей организмы средой на не­сколько порядков (по марганцу, например, в теле отдельных орга­низмов - в миллионы раз).

5. Деструктивная - разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как самих остатков органического вещества, так и косных веществ.

6. Транспортная - перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов.

7. Средообразующая. Эта функция является в значительной мере интегративной (результат совместного действия других фун­кций). С ней в конечном счете связано преобразование физико-хи­мических параметров среды. Эту функцию можно рассматривать в широком и более узком планах.

В широком понимании результатом данной функции является вся природная среда. Она создана живыми организмами, они же и под­держивают в относительно стабильном состоянии ее параметры практически во всех геосферах.

В более узком плане средообразующая функция живого веще­ства проявляется, например, в образовании почв. В. И. Вернадс­кий, как отмечалось выше, почву называл биокосным телом, под­черкивая тем самым большую роль живых организмов в ее созда­нии и существовании. Роль живых организмов в образовании почв убедительно показал Ч. Дарвин в работе «Образование раститель­ного слоя земли деятельностью дождевых червей». Известный ученый В. В. Докучаев назвал почву «зеркалом ландшафта», под­черкивая тем самым, что она продукт основного ландшафтообразующего элемента - биоценозов и, прежде всего, растительного покрова.

Локальная средообразующая деятельность живых организмов и особенно их сообществ проявляется также в трансформации ими метеорологических параметров среды. Это прежде всего относит­ся к сообществам с большой массой органического вещества (био­массой). Например, в лесных сообществах микроклимат существен­но отличается от открытых (полевых) пространств. Здесь меньше суточные и годовые колебания температур, выше влажность воз­духа, ниже содержание углекислоты в атмосфере на уровне полога, насыщенного листьями (результат фотосинтеза), и повышенное ее количество в припочвенном слое (следствие интенсивно идущих процессов разложения органического вещества на почве и в верх­них горизонтах почвы).

В обобщающем виде роль живого вещества сформулирована гео­химиком А. Н. Перельманом в виде «Закона биогенной мигра­ции атомов» (В. И. Вернадского): «Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осу­ществляется или при непосредственном участии живого вещества, или же она протекает в среде, геохимические осо­бенности которой обусловлены живым веществом...» В со­ответствии с этим законом понимание процессов, протекающих в биосфере, невозможно без учета биотических и биогенных факто­ров. Воздействуя на живое население Земли, люди тем самым из­меняют условия миграции атомов, а следовательно, воздействуют на основополагающие геологические процессы.

Теория Геи

Согласно древнегреческой мифологии, Гея: Мать-Земля. Древнейшее доолимпийское божество, игравшее важнейшую роль в процессе создания мира в целом. Она была хранительницей древней мудрости, и ей были ведомы веления судьбы и ее законы. Греки считали, что в Гее заложены самые важные функции для жизни, поэтому называли ее Карпофорос - Плодоносная, и преклонялись ей за неиссякаемое плодородие.

Названная именем греческой богини Земли, гипотеза Геи, высказанная и обоснованная исследователем Джеймсом Лавлоком 35 лет назад, представляет нашу планету как живое, дышащее и саморегулирующееся существо.

Лавлок считает, что воздух, море и суша динамически продолжают биосферу, так же как оперение и гнездо - птицу.

Не только жизнь адаптируется к своему материальному окружению, но и материальное окружение старательно адаптируется к жизни. В атмосфере нашей планеты не было бы кислорода, если бы не было тех, кто производит процесс фотосинтеза, и не было бы воды, если бы не существовало кислорода.

"Без жизни водород уйдет в космос, а моря быстро исчезнут", - говорит Лавлок. Он считает, что существует сложная многосторонняя связь между живыми существами, сушей, морем и воздухом. Именно она удерживает планету в стабильном состоянии, поддерживает на оптимальном уровне температуру воздуха и соленость воды.

Не приняв во внимание взаимосвязь живого и неживого, даже с помощью изощренных компьютерных моделей ученые не могут объяснить, почему столь низок уровень содержания углекислого газа в земной атмосфере и почему содержание кислорода в воздухе постоянно держится на уровне 21 процента? В этом случае Дж. Лавлок предположил, что один из важных механизмов поддержания концентрации кислорода в атмосфере на уровне 21% связан с тем фактом, что при концентрации кислорода ниже 15% воспламенение древесины невозможно, а при концентрации выше 25%, воспламенение происходит слишком легко и лесные пожары просто уничтожат все леса. Хвойные породы и эвкалипты легко воспламеняются, поэтому пожары включаются в их эволюционную стратегию. Другие виды деревьев и соответствующие типы лесов менее чувствительны к огню. Конкуренция за пространство между разными типами лесов может реализовать петлю глобальной обратной связи, регулирующей концентрацию кислорода в атмосфере.

Мысль о том, что живые организмы регулируют температуру земной поверхности и химический состав ее атмосферы, пришла к Лавлоку, когда он работал по заданию НАСА над экспериментами по обнаружению жизни на Марсе. Сравнивая данные об атмосферах Марса и Венеры, в которых доминирует углекислый газ, с земными параметрами, он удивился их радикальному отличию.

Химический состав нашей планеты стабилен и постоянен. Конечно, изменения происходят, но крайне медленно. Такое постоянство нуждается в существовании системы активного управления. Но какова природа этой управляющей системы? И не входят ли в нее определяющей частью живые организмы?

"Вся система жизни и ее материального окружения саморегулируется в состояние, комфортабельное для организмов", - к такому выводу пришел Лавлок. Исчезновение углекислого газа из атмосферы зависит от уровня роста организмов и, следовательно, от климата планеты. Если температура слишком низка, углекислый газ аккумулируется в атмосфере и обогревает планету, но когда температура повышается до излишне высоких отметок, углекислый газ быстрее поглощается растениями. Таким образом устанавливается оптимальная температура.

Так, возьмем, к примеру, воздух, которым мы дышим. Кислород является необходимым элементом практически для всех живых организмов, от бактерий и рыб, до людей. Этот газ тысячелетиями отвечал за сохранность 21 процента состава земной атмосферы с помощью определенных живых организмов (растений), которые постоянно высвобождают его. Кислород, будучи в высокой степени реактивным элементом, обладает способностью соединяться с другими газами и неорганическими веществами земной атмосферы и земной коры, полностью исчезая в своей высвобожденной форме.

Несмотря на нестабильность этой ситуации, атмосфера Земли с относительным постоянством осуществляет свою функцию защиты жизни. Таково было одно из наблюдений, описанных химиком Джеймсом Лавлоком, выступившим на научной конференции в Принстоне в 1969 году.

В противовес концепции, принимающей природу как игру случайностей, Лавлок постулировал, что, вполне возможно, Земля существует в форме гигантского живого организма, организовавшего все формы материи, - как органической, так и неорганической, - с определенной целью: создать среду для поддержания жизни.

Еще одно из наблюдений, сделанных Лавлоком, - обнаружение факта неизменности концентрации соли в морской воде, которая остается на оптимальном уровне для поддержания в ней жизни. Науке известно, что воды рек постоянно уносят минеральные соли в океан, однако, когда морская вода образует облака при испарении, в них уже не содержатся соли. Если следовать строгой логике, то было бы правильным предположить, что концентрация соли в водах океана должна возрастать с течением времени. Однако этого не происходит.

Концентрация соли остается неизменной веками. По мнению сторонников гипотезы Геи, это объясняется способностью колоссального существа сохранять внутреннее равновесие - феномен, который научно соответствует явлению "гомеостаза", характерному обычно для клеточных организмов.

Некоторые считают, что ответ к загадке столь загадочного феномена можно найти в процессе образования соляных копей: в течение времени вода образует залив, который позже отсекается сушей. Вода внутри испаряется и остается только соль. Эта часть земли покрывается слоем пыли и глины, со временем превращаясь в скалу, не давая возможность реке, которая потенциально может образоваться в будущем, уносить соль.

Более поздний пример, подтверждающий теорию существования Геи, был сделан учеными из университета Гонконга, руководимыми Цзю Ляо. Во время изучения прибрежной линии, группа ученых заметила, что приливы заставляют прибрежное дно "дышать", когда влага и воздух сменяли друг друга при давлении воды на дно моря. Самое очевидное проявление этого дыхания наблюдалось, когда со дна поднимались пузыри воздуха. Похоже, что приливы оказывают влияние на ритмичное движение дна океана, вызывающее явление, схожее с процессом дыхания, но с замедленным ритмом, что, конечно же, обусловлено огромными размерами Земли.

Факты, доказывающие дыхание и жизнь Земли на этом не заканчиваются: недавние доклады ученых из обсерватории Мауна Лоа, Гавайи, обнаруживают, что содержание углекислого газа за период с 1955 по 1995 менялось от большего к меньшему по определенной ритмичной модели. Если к этой информации добавить свидетельства, собранные с географических станций, можно интерпретировать эти явления как доказательства дыхания Земли: в виде вдохов и выдохов.





sdamzavas.net - 2020 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...