Оболочки земли: виды, взаимосвязь и взаимодействие (таблица)

Взаимосвязь и взаимодействие разных оболочек земли

Связи элементов географической оболочки проявляются во взаимодействии между всеми ее компонентами, включая круговорот веществ и энергии.

Взаимодействие между компонентами географической оболочки имеет существенное влияние на их функционирование. Например, химически чистая вода сама по себе является бесполезной для организмов, тогда как природно-чистая вода, претерпевшая изменения в результате взаимодействия с горными породами и атмосферой, становится источником жизни.

Круговорот веществ в географической оболочке может быть очень сложным. Водный круговорот включает изменение агрегатного состояния воды, а биологический круговорот включает химические превращения. Геологический круговорот (цикл твердых элементов) происходит на протяжении миллионов лет.

Горные породы подвергаются разрушению, выветриванию, после чего потоки воды смывают их в Мировой океан, где они оседают на дне и формируют осадочные породы.

Круговорот веществ и энергии в географической оболочке является неотъемлемой частью ее функционирования

Этот процесс демонстрирует сложную динамику и важность взаимодействия между различными компонентами оболочки

Влияние литосферы и гидросферы на климат и погоду

Литосфера и гидросфера играют важную роль в формировании климата и погоды на Земле. Взаимодействие этих двух сфер оказывает значительное влияние на атмосферные процессы и географические условия.

Литосфера и климат

Литосфера, состоящая из земной коры и верхней мантии, влияет на климат через несколько механизмов:

1. Рельеф: Горы, равнины, плато и другие формы рельефа оказывают влияние на движение воздушных масс и формирование атмосферных циркуляций. Горные хребты могут блокировать потоки воздуха, вызывая образование облачности и осадков на ветровой стороне. Равнины и плато, напротив, могут способствовать образованию сухого климата.

2. Географическое положение: Расположение литосферных плит и континентов влияет на распределение солнечной радиации. Экваториальные области получают больше солнечного тепла, что приводит к формированию тропического климата, в то время как полярные области получают меньше тепла, что вызывает формирование холодного климата.

3. Геологические процессы: Вулканическая активность и геологические процессы, такие как извержение вулканов и землетрясения, могут оказывать влияние на климат. Вулканические выбросы могут влиять на атмосферную циркуляцию и вызывать временное похолодание. Землетрясения могут изменять географическое положение земной коры, что в свою очередь может повлиять на климатические условия.

Гидросфера и климат

Гидросфера, включающая океаны, моря, реки, озера и ледники, также оказывает важное влияние на климат и погоду:

1. Океанские течения: Океанские течения играют ключевую роль в перераспределении тепла по всей планете. Теплые течения переносят тепло с экватора к полярным областям, влияя на климатические условия вдоль побережий и внутренних районов. Холодные течения, напротив, могут вызывать охлаждение и формирование более суровых климатических условий.

2. Испарение и конденсация: Гидросфера играет важную роль в цикле воды на Земле. Испарение воды с поверхности океанов, рек и озер приводит к образованию водяных паров в атмосфере, которые затем конденсируются и образуют облака и осадки. Этот процесс влияет на формирование облачности, осадков и климатических условий в различных регионах.

3. Ледники и снег: Ледники и снег покрывают значительную часть Земли и оказывают влияние на климат. Белый цвет льда и снега отражает солнечное излучение обратно в космос, что приводит к охлаждению окружающей среды. Кроме того, таяние льда и снега влияет на уровень морей и океанов, что может вызывать изменения в климатических условиях.

В целом, взаимодействие литосферы и гидросферы играет важную роль в формировании климата и погоды на Земле. Понимание этих процессов помогает географам и ученым прогнозировать изменения в климатических условиях и разрабатывать стратегии адаптации к ним.

Взаимосвязь оболочек Земли

Все четыре сферы могут присутствовать в одном месте. Например, кусок почвы будет содержать минералы из литосферы. Кроме того, будут присутствовать элементы гидросферы, представляющие собой влагу в почве, биосферы как насекомых и растений и даже атмосферы в виде почвенного воздуха.

Все сферы взаимосвязаны и зависят друг от друга, как единый организм. Изменения в одной сфере приведут к изменениям в другой. Поэтому все, что мы делаем на нашей планете, влияет на другие процессы в ее пределах (даже если мы не можем этого увидеть своими глазами).

Для людей, занимающихся проблемами окружающей среды, очень важно понимать взаимосвязь всех оболочек Земли

Что такое биосфера

Термин биосфера пришел из греческого языка. Слово образовалось из двух основ: жизнь и шар.

В биосферу из космоса поступает энергия солнечного света. За счет света существует большинство экосистем планеты. Поэтому биосферу называют открытой системой.

Ученые из израильского Института Вейцмана пытались определить массу биосферы. Оценка проводилась по количеству углерода, который связан с животным царством. Это делалось для того, чтобы исключить влияние содержания воды в разных организмах.

Показатель общей массы всей биосферы Земли по их данным составил приблизительно 550 млрд тонн (или гигатонн — Гт).

Лидерами стали растения. Основной вес пришелся на те растения, которые произрастают на суше.

Среди доли животных человечество оценивают в 0,06 Гт (или 60 млн тонн).

Общую сухую массу биосферы оценивают примерно в тонн. Наземные экосистемы занимают большую часть биомассы.

Большая концентрация биомассы определяется границами сред:

• литосферы;
• атмосферы.

Литосфера — внешний, твердый слой, оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней части мантии до астеносферы — верхнего слоя мантии планеты.

Атмосфера — газовая оболочка, которая окружает планету Земля.

Гидросфера — водная оболочка Земли, которая включает в себя воды Мирового океана, континентальные поверхностные воды, ледники и подземные воды.

Планктонные организмы — среда обитания: гидросфера и атмосфера.

Бентосные организмы — среда обитания: литосфера и гидросфера.

Планктонные организмы пассивно перемещаются в толще воды за счет течения: одноклеточные водоросли, одноклеточные животные, рачки, медузы.

Бентосные организмы прикрепляются ко дну и живут в илистых осадках или просто покоятся на дне.

Биосфера начала формироваться около 3,8 млрд лет назад во время зарождения первых живых организмов. Она охватывает всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы.

Понятие биосферы и ее сущность

Само понятие биосферы ввел австрийский геолог Э. Зюсс.

Под биосферой Э. Зюсс понимал тонкую пленку земной поверхности, которая населена жизнью.

До Э. Зюсса Ж. Б. Ламарк предполагал наличие такой оболочки планеты, где содержится совокупность живых организмов Земли. Но устоявшееся название ей не дал. Учение о биосфере создал и развивал Владимир Иванович Вернадский, советский и российский ученый.

Это особая оболочка планеты. В ее пределах проявляется геологическая деятельность живого населения планеты.

Состав биосферы оболочки

Биосфера разделена на три уровня, обладающих определенными особенностями. Также их называют оболочками.

Атмосфера

Фото атмосферы из космоса

Атмосфера – область над поверхностью планеты. Через нее Земля из космоса получает необходимые газы: водород и гелий. Она полностью пронизывается радиацией от Солнца, которое нагревает планету, способствует распаду молекул и ионизации атомов.

Атмосферу можно разделить на различные слои:

• тропосфера (0-10 км);
• стратосфера (10-47 км);
• мезосфера (47-80 км);
• термосфера (80-1000 км);
• экзосфера (от 1000 км), газы рассеиваются в космическое пространство.

В состав атмосферы входят: азот 78,8%, кислород 20,9%, аргон 0,93%, углекислый газ 0,03%. Также в ней присутствуют неон, гелий, метан, водород, водяной пар и озон.

Температура, давление и плотность атмосферы постоянно меняются в зависимости от времени года и суток, расположения. Например, масса водяного пара в разных местах будет отличаться: в тропиках 3%, в Антарктиде 0,00002 %.

Интересный факт: озоновый слой – один из важнейших компонентов в атмосфере. Он находится на высоте в 20-25 км и защищает планету от радиации Солнца.

Гидросфера

Гидросфера составляет большую часть поверхности планеты

Гидросфера – это водная оболочка Земли. Жидкость присутствует повсюду: в виде пара находится в атмосфере, в естественном состоянии просачивается сквозь землю, а также составляет основу Мирового океана.

Интересный факт: В воде растворяется множество веществ, и их концентрация может доходить до 50 мг/л, а в море до 35 г/л.

Морская вода содержит в себе такие элементы, как: кислород, водород, хлор, натрий, магний, кальций, калий, бром и сера. Также в разном количестве в ней присутствуют и другие вещества. Фактически, в некоторых водоемах может находиться большая часть химических элементов, и все они будут влиять на местные организмы. Вода также оказывает воздействие на человека, природу, климат, более того, именно в ней зародилась жизнь.

Мировой океан составляет 94% всех вод на планете. Поэтому большая часть подводных организмов проживает именно в нем. В морской воде много растворенных газов, например углекислого больше, чем в атмосфере, в 100 раз. А кислорода наоборот, в 100 раз меньше.

Интересно:   Состав атмосферы Земли, размер молекулы воздуха — описание, фото и видео

Вода активно поглощает тепло от Солнца, не давая температуре на Земле подниматься критически высоко. Поверхность океана в районе экватора нагревается, образует теплые течения и уносит жидкость в полярные области. Обратно же она возвращается охлажденной. А за счет испарений образуется круговорот воды в природе, что влияет на климат.

Литосфера

Фото каньона как пример литосферы

Литосфера – это земля, почва, полезные ископаемые – всё, что находится в твердом веществе на поверхности планеты. В её химический состав входят алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий.

Организмы проникают в почву на глубину до 3 км, дальше им не хватает ни воздуха, ни питательных веществ для того, чтобы выжить. Камни и горные породы препятствуют проходу животных и растений.

Почва включает в себя твердые, жидкие и газообразные элементы, ей присуща живая и неживая природа. Она – результат выветривания горных пород и взаимодействия климата, растений, животных. Самый плодородный – верхний слой (гумус), содержит продукты перегнивания органики, имеет глубину в 10-15 см.

Выделяют три основных элемента почвы:

• твердая часть – это органическое вещество, состоящее из растительного, животного и микробного происхождения;
• жидкая часть – почвенный раствор, в нем находятся элементы питания, необходимые для роста растений: ионы, молекулы, коллоиды;
• газообразная часть – это воздух, который заполняет поры, в его состав входят азот, озон, углекислый газ и множество других элементов в зависимости от места, окружающих условий.

В верхних слоях живых существ больше, чем в нижних. Почва – это среда обитания микроорганизмов, формирующих ее плодородие. Они способны разрушать все природные и органические соединения, участвуя в процессе почвообразования. Также микроорганизмы очищают окружающую среду от загрязнений.

Состав, строение, слои и границы биосферы

Возникшая почти четыре миллиарда лет назад сегодняшняя биосфера охватывает около трёх миллионов видов живых организмов; их остатки; атмосферные зоны; гидросферу и литосферу, которые населены и видоизменены этими живыми организмами. Вся совокупность живых организмов на нашей планете названа В. И. Вернадским живым веществом и рассматривается как его основные характеристики суммарной массы, химического состава и энергии.

Состав биосферы кроме живого вещества включает

• биогенное вещество, состоящее из продуктов жизнедеятельности всех живых организмов;
• биокосное вещество, объединяющее продукты распада, а также почву, кору выветривания и природную воду;
• косное вещество как совокупность веществ, образованных без участия живых организмов.

Исходя из вышеперечисленного, биосфера является областью Земли, охваченной влиянием живого вещества. Места, где наблюдается наибольшая концентрация организмов в биосфере, были названы В. И. Вернадским плёнками жизни.

Распространение современной жизни охватывает верхнюю часть земной коры, или литосферу; нижние слои воздушной оболочки, или атмосферу; водную оболочку, или гидросферу.

Артебиосфера является пространством экспансии человека в околоземное пространство.

Мегабиосфера представляет общий слой по воздействию жизни на всю неживую природу.

Панбиосфера — совокупность мегабиосферы и артебиосферы.

Биосфера включает в себя следующие слои:

1. аэробиосфера,
2. геобиосфера,
3. гидробиосфера.

Показатели верхней границы в атмосфере равны 15–20 км. В атмосфере граница жизни определяется показателем ультрафиолетового излучения — радиации.

Показатели нижней границы в литосфере равны 3,5–7,5 км. Жизнь в литосфере ограничивается температурой подземных вод и горных пород.

Граница фиксируется на дне Мирового океана и включает донные отложения.

https://youtube.com/watch?v=xVBy-WAfDcU

Особенности распределения биомассы на Земле

Состав и распределение биосферы – один из интереснейших вопросов в биологии. 

Биосфера включает в себя огромное количество растений, животных и других форм жизни нашей планеты. Термин «ноосфера», предложенный Вернадским в начале 20-го столетия, получил широкое распространение. 

Биогенные вещества — созданные в процессе жизнедеятельности организмов соединения, например, природный газ, нефть, известняк.

Изучение биомассы крайне важно для понимания климатических сдвигов, путей передачи и трансформации углерода и других элементов. Разнообразие живых и неживых организмов, взаимодействующих между собой, обменивающихся веществами, называется экосистемой

Приспособленность видов к условиям существования происходит непрерывно. Биосфера имеет четкую структурную организацию и является глобальной экосистемой планеты. В.И. Вернадский создал учение о роли живых организмов, о воздействии живого на преобразование земной коры. Состав биосферы и свойства зависят от взаимодействия её биотического и абиотического компонентов.  Основной объем массы живой материи приходится на растительный мир, он составляет 80% от биомассы планеты. На втором месте, после растений, идут бактерии. Ученые, с использованием углеродного метода, определили, что все живые организмы содержат суммарно 550 миллиардов тонн углерода.  Биомасса суши составляет почти 99,9%. Это объясняется большой массой продуцентов на поверхности Земли. Наибольшая плотность жизни отмечается в тех зонах, где виды специфически приспособились к совместному существованию. К структурообразующим факторам биосферы относят свет, как условия формирования и усовершенствования жизни. Под воздействием микроорганизмов, растений и животных сформировался почвенный слой.  В почве обитает больше редуцентов. К ним относятся бактерии и грибы, которые разлагают останки живых существ до неорганических веществ. В почве происходит особый газообмен. Ночью, при охлаждении и сжатии газов, в неё проникает некоторое количество воздуха, его поглощают и перерабатывают почвенные организмы.  Почвенные микроорганизмы играют важную роль в круговороте веществ, в почвообразовании и формировании плодородного слоя. Большая биомасса почвы, в сочетании с высоким видовым разнообразием, обеспечивает сложность экосистем. Почвенные организмы включают в круговорот веществ биосферы важнейшие химические соединения. В морской биомассе содержится больше консументов, чем продуцентов. В состав океанической и морской воды входят минеральные соли. Микроорганизмы, живущие в океанических термальных источниках, являются хемотрофами, основными продуцентами океанического дна. Несмотря на многообразие водных обитателей, их можно поделить на 3 группы, с учетом мест обитания в воде. Между каждой группой организмов существуют тесные связи, они обмениваются веществом и энергией. В современном мире воздействие человека на биомассу океана огромно. Бентосные организмы в океане живут на дне и в грунте. Фитобентос: зеленые, бурые, красные водоросли встречаются на глубине до 200 м. Зообентос представлен животными. Воздушная среда характеризуется значительным количеством кислорода, солнечной энергии, но в ней, зачастую, не хватает влаги. Поэтому, обитатели засушливых мест имеют специальные приспособления для добычи, запасания и экономной траты драгоценной влаги. Разнообразие этой среды представлено разнообразием жизни в ней. Каждому наземному биогеоценозу присущи свои черты. Так, в экваториальных биоценозах сильно развита конкуренция за обладание местом обитания, пищей, светом и кислородом.

В современном мире огромное влияние на биомассу оказывает человек. Сокращаются площади, производящие живую массу.

Смотри также:

• Изменения в экосистемах под влиянием деятельности человека
• Агроэкосистемы, основные отличия от природных экосистем.
• Биологический круговорот и превращение энергии в биосфере, роль в нем организмов разных царств. Эволюция биосферы

Функции живого вещества в биосфере

Остановимся подробнее на функциях живого вещества в биосфере:

1. Энергетическая функция выражается в улавливании живым веществом энергии, а также передача ее внутри пищевой цепи.Примером этой функции живого вещества в биосфере может служить фотосинтетическая деятельность растений. Результатом является первичная продукция, составляющая 98%, которая потребляется животными.

2. Осуществление предыдущей функции живого вещества сопровождается трансформацией газов. В процессе деятельности организмов происходит выделение и поглощение кислорода, углекислого газа и некоторых других соединений. Благодаря газовой функции живого вещества сформировался современный состав атмосферы, сильно отличающийся от добиосферного периода.
3. Концентрационная функция проявляется в извлечении и избирательном накоплении организмами химических элементов окружающей среды. Примером этой функции живого вещества в биосфере могут служить накопления соединений кальция в раковинах моллюсков, минеральных включений в тканях растений, кремнезема в панцирях диатомовых одноклеточных существ.

Раковины моллюсков Источник

В результате трансформации органических веществ произошло накопление залежей полезных ископаемых. К примеру, известняк, торф, каменный уголь представляют собой концентрацию различных соединений в телах отмерших организмов. Доказательством этому служат находки окаменелостей в осадочных породах.

Окаменелости в известняке Источник

4. Окислительно-восстановительная функция тесно связана с биологическим круговоротом веществ. Многие вещества в природе крайне устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях.Например, молекулярный азот – один из важнейших биогенных элементов. Усваивается он живыми организмами в виде различных соединений. В клетках расщепление соединений происходит очень быстро под влиянием ферментов, и молекулярный азот используется для процессов жизнедеятельности. В природе же образование свободного азота происходит очень медленно.

Если бы живые организмы не могли осуществлять данные процессы, то они ощутили бы нехватку многих элементов.

5. Одной из важнейших функций является средообразующая. Деятельность живых существ преобразует среду обитания. Живое вещество в биосфере способствовало формированию современного состава атмосферы, благодаря организмам создается почва и поддерживается ее плодородие.

Растительный покров определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности территории. Благодаря трансформации веществ и энергии происходит поддержание на постоянном уровне основных параметров окружающей среды, например, содержание газов в атмосфере.

6. Деструкционная функция обусловливает процессы разложения организмов после их смерти. Редуценты разрушают отмершее органическое вещество до минеральных соединений. Далее эти вещества вновь включаются в биологический круговорот.

Выполняя все эти функции, живые организмы являются важной составной частью в биологическом круговороте веществ

Круговорот вещества и энергии

Круговорот биогенных элементов, обусловленный синтезом и распадом органических веществ в экосистеме, называют биотическим круговоротом веществ.

Помимо этого в круговороте участвуют различные минеральные элементы, поэтому весь процесс химических превращений в биосфере принято именовать биогеохимическим круговоротом веществ в природе.

Остановимся подробнее на основных типах круговорота наиболее важных веществ в биосфере.

1. Для жизни на планете самым необходимым веществом является вода.Все организмы используют ее для процессов жизнедеятельности. Круговорот воды в природе в большей степени является физическим процессом, однако организмы принимают в нем значительное участие. Познакомимся с круговоротом воды на схеме.

Мировой круговорот воды начинается испарением влаги с поверхности водных объектов под воздействием солнечной энергии. Влага в атмосфере трансформируется в облака, которые переносятся ветром на значительные расстояния. Попадая в местность с низкими температурами, облака охлаждаются, что вызывает выпадение осадков. Влага в виде осадков поглощается почвой или стекает по ее поверхности, возвращаясь в моря и океаны. В круговороте воды следует учитывать и роль организмов. Ведь испарение влаги происходит и с поверхности листьев, а в процессах фотосинтеза принимает участие вода.

2. Главным участником биотического круговорота является углерод как основа органических веществ. Познакомимся с круговоротом углерода в природе на схеме.

Природным источником углерода является углекислый газ. Именно с него начинается круговорот углерода в биосфере. Он содержится в воздухе, а также в растворенном состоянии в воде. В атмосферу этот газ попадает при выдыхании всеми организмами, при извержении вулканов, сжигании ископаемого топлива и лесов. Осадки разрушают породы, вынося растворенный углерод в океан, где происходит поглощение его морскими организмами. В процессе фотосинтеза углекислота превращается в органические вещества, которые используются животными для питания. Органические останки затем разлагаются редуцентами и углерод остается в почве в виде полезных ископаемых или используется растениями при минеральном питании. По подсчетам ученых, время оборота углерода в круговороте веществ составляет около 10 лет.

3. Немаловажным элементом считается азот, который входит в структуру всех белков. Рассмотрим схему круговорота азота.

Круговорот азота в природе начинается с атмосферы, где его содержится до 80%. Частично азот поступает в экосистемы в виде оксида азота, образующегося под действием электрических разрядов во время грозы. Основная часть поступает в воду и почву в результате деятельности микроорганизмов – фиксаторов азота. К ним относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Эффективны бактерии, живущие в симбиозе с бобовыми растениями в клубеньках, развивающихся на корнях этих растений.

Азот из разных источников поступает к корням растений в форме нитратов, которые затем используются для минерального питания. Круговорот азота заканчивается деятельностью аммонифицирующих организмов или редуцентов. Они способствуют разложению продуктов жизнедеятельности живых существ и органических останков. В процессе их деятельности образуется аммиак и освобождается свободный азот.

4. Круговорот фосфора во многом отличается от других элементов, таких как, например, азот. Рассмотрим особенности круговорота фосфора в природе.

Фосфор совершает круговорот в наземных экосистемах в качестве составной части клеток живых организмов.Редуценты минерализуют органические соединения фосфора отмерших организмов в фосфаты, которые затем потребляются корнями растений. Большие запасы фосфора содержатся в горных породах, которые при разрушении отдают наземные фосфаты экосистемам. Часть фосфатов вовлекается в круговорот воды и уносится в воды Мирового океана.

Получается, что круговорот фосфора разомкнут, так как значительная часть континентального стока фосфатов остается в океане. Эта разомкнутость существенно усилена антропогенным вмешательством, поскольку человек нарушил многие естественные пути возврата фосфора в почву, а их замена применением фосфорных удобрений недостаточна.

Все рассмотренные вещества включаются в глобальный круговорот веществ и энергии в биосфере. Основой этого круговорота является энергия Солнца.

Обобщенно важнейшие круговороты веществ и энергии можно представить в виде схемы.