Почва: живое вещество биосферы или нет?

Роль Вернадского в изучении биосферы

Впервые учение о биосфере разработал Владимир Иванович Вернадский. Он обособил эту оболочку от других земных сфер, актуализировал ее значение и представил, что это весьма активная сфера, которая изменяет и влияет на все экосистемы. Ученый стал основоположником новой дисциплины – биогеохимии, на основе которой и было обосновано учение о биосфере.

Изучая живое вещество, Вернадский сделал выводы, что все формы рельефа, климат, атмосфера, породы осадочного происхождения – это результат деятельности всех живых организмов. Одна из ключевых ролей в этом отводится людям, которые имеют огромное влияние на протекание многих земных процессов, являясь определенной стихией, владеющей некой силой, способной изменить лик планеты.

Теорию обо всем живом Владимир Иванович представил в труде «Биосфера» (1926), что способствовало зарождению новой научной отрасли. Академик в своей работе представил биосферу как целостную систему, показал ее компоненты и их взаимосвязи, а также роль человека. Когда живое вещество взаимодействует с косным, оказывается влияние на протекание ряда процессов:

• геохимических;
• биологических;
• биогенных;
• геологических;
• миграции атомов.

Вернадский обозначил, что границы биосферы – это поле существования жизни. На ее развитие влияет кислород и температура воздуха, вода и минеральные элементы, грунт и энергия Солнца. Также ученый выделил основные компоненты биосферы, рассмотренные выше, и выделил основной из них – живое вещество. Еще он сформулировал все функции биосферы.

Среди основных положений учения Вернадского о живой среде можно выделить следующие тезисы:

• биосфера охватывает всю водную среду до океанических глубин, включает поверхностный слой земли до 3 километров и воздушное пространство до границы тропосферы;
• показал отличие биосферы от других оболочек ее динамичностью и постоянной деятельностью всех живых организмов;
• специфика этой оболочки заключается в непрерывном обороте элементов живой и неживой природы;
• деятельность живого вещества привела к существенным изменениям на всей планете;
• существование биосферы обусловлено астрономическим положением Земли (дистанция от Солнца, наклон оси планеты), что определяет климат, протекание жизненных циклов на планете;
• солнечная энергия является источником жизни всех существ биосферы.

Пожалуй, это ключевые понятия о живой среде, которые заложил Вернадский в своем учении, хотя его труды глобальны и нуждаются в дальнейшем осмыслении, актуальны и по сей день. Они стали основой для исследований других ученых.

Роль почвы в биосфере

1. Питательная среда

Почва обеспечивает идеальную среду для роста и развития растений. Она содержит необходимые питательные вещества, воду и воздух, которые позволяют растениям получать пищу и энергию для своего роста.

2. Фильтр

Почва является естественным фильтром, задерживающим загрязняющие вещества и предотвращающим их попадание в водные ресурсы. Она удерживает пестициды, удобрения и другие химические вещества, не позволяя им проникнуть в грунтовые воды и реки.

3. Регулятор влажности

Почва играет важную роль в регуляции влажности в экосистеме. Она способна удерживать определенное количество воды, которое может быть использовано растениями. Благодаря этому, почва обеспечивает поддержание необходимого баланса влаги.

4. Углеродный резервуар

Почвенное покровное слое является важным хранилищем углерода. Он способен аккумулировать огромные объемы углерода, поглощая его из атмосферы. Это помогает снизить концентрацию парниковых газов и замедлить процесс глобального потепления.

5. Биологическое разнообразие

Почва является местом обитания огромного разнообразия живых организмов. Она поддерживает биологическую активность, такую как разложение органического материала и обитание наземных и почвенных животных. Без почвы биологическое разнообразие биосферы значительно сократилось бы.

Таким образом, почва играет незаменимую роль в биосфере. Она обеспечивает поддержку растений, фильтрует воду, регулирует влажность, хранит углерод и поддерживает биологическое разнообразие. Правильное использование и защита почвы являются неотъемлемыми элементами сохранения биосферы Земли.

Средообразующие свойства

Процессы жизнедеятельности живых организмов происходят при непрерывном изменении окружающей среды. При этом не только меняется газовый состав атмосферы вследствие дыхания (и фотосинтеза), но и увеличивается количество перегноя и минеральных компонентов в почве.

Сказывается влияние также на климат и очистку сточных вод перед поступлением их в водоемы. Эту функцию исполняет особая живность – мелкие рачки и некоторые виды рыб, которые процеживают через себя потоки воды, выбирая пищу.

На изменение окружающей среды влияет и механическое воздействие, например, при антропогенной деятельности. Однако по своему результату оно не такое интенсивное как изменение физико-химических характеристик.

От растений зависит насыщенность воздуха влагой. Они сглаживают скачки температуры на поверхности грунта и помогают сохранить уровень увлажненности.

Наличие живых организмов влияет на электрические, температурные, физические свойства среды, обуславливают тепло- и электропроводность. Меняется не только состав воздуха, но и структура почв, содержание химических веществ в воде открытых водоемов.

Благодаря глобальному круговороту веществ в природе, который обуславливают живые организмы, в мире происходит постоянные их перемещения из одного места в другое.

Примечание

Неживые тела, согласно закону всемирного тяготения, могут передвигаться только вниз. Когда они задействованы в круговороте посредством живых организмов, становится возможным их перемещение вверх.

Согласно предложенным Вернадским заключениям, живое вещество способно выполнять следующие средообразующие функции:

• газовая;
• кислородная;
• окислительная;
• восстановительная;
• концентрационная

Газовая (и кислородная) осуществляется благодаря дыханию живых существ, процессам фотосинтеза растений и антропогенной деятельности человека.

Окислительная объясняется способностью влиять на процессы окисления посредством увеличения содержания кислорода в воздухе. Противоположный процесс – восстановительный. Он интенсифицируется при дефиците кислорода. При восстановительных реакциях образуется сероводород и метан. Благодаря его накоплениям ухудшаются и сводятся к нулю шансы на жизнь на глубине болот и в придонных толщах.

Концентрационная вызвана способностью живых организмов скапливать внутри себя отдельные химические элементы.

Средообразующие функции не существуют изолированно от других свойств. Они усиливают изменения физико-химических характеристик окружающей среды и поддерживают ее тенденции к стабилизации.

Основные закономерности географии почв

Согласно закону горизонтальной зональности, в пределах одной климатической зоны почвы развиваются в одинаковых биологических условиях и поэтому имеют сходные показатели. В Северном полушарии Земли, таким образом, можно выделить пять основных широтных поясов:

• полярный;
• бореальный;
• суббореальный;
• субтропический;
• тропический.

У каждого типа почвы примерно одинаковая структура, практически совпадает состав минеральной и органической частей. Процессы почвообразования тоже схожи. Описание идентично. Однако, в границах каждого пояса можно выделить свои почвенно-географические зоны (леса, степи, тундра и другие).

В соответствии с законом вертикальной почвенной зональности в горных системах наблюдается последовательная смена типов почв по мере нарастания абсолютной высоты от подножия к вершинам гор (в зависимости от изменения факторов почвообразования). Впрочем, современные исследователи говорят о том, что взаимное расположение разных типов почв в горах довольно своеобразно, зависит от местных особенностей и мало подчиняется этой теории. Зонировать равнины проще.

Закон фациальности почв заключается в том, что местные, провинциальные (фациальные) особенности климата (близость океана, температурный режим и т.д.) вызывают осложнения широтной зональности вплоть до образования особых типов почв. 

Какова роль живых организмов?

Большую роль в формировании почвы играют животные и растения. Листья, травинки, хвоя и ветки деревьев, попадая на землю, скапливались в верхнем слое. Они довольно быстро разлагаются и уже спустя 6 месяцев превращаются в удобрение высокого качества. В таком виде они расходуются растениями, а затем снова возвращаются в почву — происходит так называемый почвенный круговорот, который связывает в единое целое живую и неживую природу.

В процессе почвообразования активно участвуют и животные — полевки, кроты, суслики, а также черви и насекомые. По мере передвижения по грунту они разрыхляют землю и смешивают ее с гниющими растительными остатками. В результате улучшается химический состав почвы, она становится плодородной. Исследователи подсчитали, что, к примеру, кроты, прокапывая глубокие ходы, выкидывают на поверхность землю, богатую магнием, кальцием, железом и другими минералами.

За год в березовом лесу кроты поднимают наверх до 10 т гумусной земли на каждый гектар площади. Кроме того, в кротовинах накапливается вода, которая увлажняет землю и ускоряет процесс разложения растительных остатков.

Что такое почва? Каков ее состав, какова ее роль и свойства?

Что такое почва? Каков ее состав, какова ее роль и свойства?

Как образуется слов земли, содержащий в себе минералы, жидкости и газы, органические вещества?

Как образуется почва

Плодородие — одно из основных его свойств (и самое важное для человека). Почва образуется в результате взаимодействия различных факторов:

Почва образуется в результате взаимодействия различных факторов:

• климат;
• жизнедеятельность организмов;
• вмешательство человека в естественные процессы;
• ландшафтная ситуация;
• свойства материнской породы;
• время.

Слои почвы, почвенные горизонты

 Почва состоит из четырех слоев:

• увлажняемый;
• гумусный;
• предпочвенный (минеральный);
• материнские горные породы.

Увлажняемый слой имеет небольшую глубину — от 3 до 7 см. Обладает темной окраской. В нем происходит активная биологическая деятельность, поскольку большинство почвенных организмов обитают именно в нем.

Гумусный слой толще и составляет примерно 10-30 см. Также густо населен микроорганизмами, перерабатывающими растительные остатки в минеральные вещества, которые затем растворяются в грунтовых водах и становятся питанием для растений. Это наиболее плодородная часть почвы.

Предпочвенный (минеральный) слой богат питательными веществами, но биологическая активность в нем низкая. Однако в этом слое также обитают организмы, перерабатывающие питательные вещества.

Материнские горные породы — хрупкий слой, подверженный выветриванию/вымыванию. Никаких микроорганизмов в нем нет.

Кроме того, условно почву можно разделить на почвенные горизонты. Слоя, расположенные горизонтально, образуют почвенный профиль — вертикальный срез почвы.

Почвенные горизонты расположены в следующем порядке:

1. Органогенные горизонты — поверхность почвы, содержащая более 30% питательных веществ (подстилочно-торфяной, перегнойный, торфяной, олиготрофно-торфяной, эуторфно-торфяной).
2. Элювиальный — залегает под гумусовым слоем, имеет легкий гранулометрический состав (пласты земли могут быть подзолистыми, гумусо-элювиальными, элювиально-метафорическими, субэлювиальными).
3. Иллювиальный — слой перехода от гумуса к породе (иллювиально-гумусовый, карбонатный, гипсовый, метаморфический).
4. Метаморфический — средний безгумусовый пласт земли (сиаллитно-метаморфический, ферралитно-метаморфический, слитой, фраджипэн).
5. Гидрогенно-аккумулятивный (солевой, гипсовый, карбонатный, конкреционный, ожелезненный).
6. Коровый — плотные соединения поверхностного земельного слоя, до которых не достают корни растений (пустынный панцирь, солевая кора, гипсовая кора, карбонатная кора, кремневая кора, плинтит, латерит).
7. Глеевый — пласт земли более 50 см, в котором происходят восстановительные процессы, создающие закисные соединения.
8. Подпочвенный — горная порода, где происходит образование почвы (материнская порода, подстилающая порода).

Лесные почвы умеренного пояса

Леса умеренного пояса представлены тайгой, смешанными и широколиственными сообществами. В лесной зоне увлажнение превышает испарение, но благодаря оттоку поверхностных и движению подземных вод не наблюдается застойных явлений. Хвойный и лиственный опад формируют растительную подстилку, которая постепенно превращается в гумус. Поверхность защищена плотной дерниной, ее корни проникают в глубину, разрыхляя грунт. Процесс выноса вещества из горизонта вымывания настолько активный, что слой имеет светло-серый до белого цвет. Это песчанистый подзол.

Виды почвы

В широколиственных лесах промачивание почвы меньше, промывные условия слабо выражены, поэтому подзол отсутствует.

В связи с развитием многолетней мерзлоты в восточно-сибирской тайге в почвенном профиле преобладает торфяной материал, образуются бурые таежные почвы.

Роль почвы в поддержании водного баланса

Почва играет важную роль в поддержании водного баланса, особенно в условиях присутствия на ней растительного покрова. Вода, попадая на почву, может быть задержана и выпарена или использована растениями через процесс эвапотранспирации.

Почва выполняет следующие функции в поддержании водного баланса:

Задержка воды: Почва может задерживать воду, предотвращая ее сток и позволяя впитываться в грунтовые воды

Это особенно важно в условиях повышенной сточной воды, например, во время сильных дождей или таяния снега.

Фильтрация воды: Почва обладает большой поверхностью и микробиологическим составом, который способен очищать воду от органических и неорганических загрязнений. Это позволяет улучшить качество воды и предотвратить загрязнение водоемов.

Сохранение влаги: Почва может сохранять влагу, создавая резервуар для растений в периоды засухи

Она может удерживать воду в своих порах и отдавать ее по мере необходимости растениям.

Регуляция стока воды: Почва может регулировать сток воды, предотвращая обильное смывание почвенного покрова при всплеске воды и удерживая ее в грунте для последующего использования.

Таким образом, почва является не только основным источником питания для растений, но и важным элементом водного баланса экосистемы, обеспечивая устойчивое снабжение растений водой и предотвращая негативные последствия избыточного стока воды.

Живое вещество

Живое вещество — совокупность живых организмов, населяющих планету Земля. Масса живого вещества сравнительно мала и составляет менее одной миллионной части всей биосферы. Несмотря на столь незначительную массу, живое вещество является «самой мощной геохимической силой нашей планеты», поскольку живые организмы не просто населяют Землю, но и преобразуют ее.

*При общем рассмотрении биосферы как планетарной экосистемы особое значение приобретает представление о ее живом веществе как о некой общей живой массе планеты. Под живым веществом В. И. Вернадский понимал все количество живых организмов планеты как единое целое. Его химический состав подтверждает единство природы — он состоит из тех же элементов, что и неживая природа, только соотношение этих элементов отличается и строение молекул иное.

Биомасса — это общая масса всех живых организмов, присутствующих в биосфере.Вы уже знаете, что живые организмы населяют земную поверхность неравномерно. Как вы думаете, почему процентное содержание растений, животных и микроорганизмов на суше и в океане отличается?

                                             Таблица. Масса живого вещества на планете Земля

Среда	Группа организмов	Биомасса, х1012 т	Содержание, %
Наземно-воздушная	Зеленые растения	1,84	99,2
Животные и микроорганизмы	0,02	0,8
Итого	1,86	100
Водная	Фотосинтезирующие организмы	0,0002	6,3
Животные и микроорганизмы	0,0030	93,7
Итого	0,0032	100
Почвенная	Животные и микроорганизмы	от 0,015 до 0,023	100
Итого	Общая биомасса	2, 4382	—

Исходя из данных таблицы, видно, что основная роль на планете Земля принадлежит автотрофным растениям суши.

Биомасса суши зависит от количества тепла, влаги и увеличивается от полюсов к экватору.Ежегодно в биосфере в процессе фотосинтеза образуется около 170 млрд т сухого органического вещества. Биомасса растений на суше значительно больше биомассы животных, однако видовое разнообразие животных в 5 раз больше видового разнообразия растений (1,5—1,7 млн видов животных и примерно 300 тыс. видов растений). Наибольшая биомасса живого вещества суши сконцентрирована в тропических и субтропических лесах. Они являются наиболее продуктивными сообществами материковой части биосферы.

Биомасса океанической частибиосферы распределена неравномерно и представлена преимущественно в верхней части фитопланктоном. Несмотря на то что биомасса океанических живых организмов в 1000 раз меньше биомассы наземных растений, 80 % первичной продукции образуется именно в океане. Это связано с высокой скоростью роста и размножения, короткой продолжительностью жизни представителей фито- и зоопланктона.

Состав почвы

Слагается из двух частей — минеральной и органической. Неорганический субстрат составляют глинистые, пылевые и песчаные компоненты, образованные в результате эрозии горных пород. Органическая часть представлена животными и растительными остатками и гумусом.

Гумус представляет собой органический материал, разложившийся до последней степени и остающийся в стабильном состоянии многие годы. Он является источником питательных веществ, необходимых для жизнедеятельности растений.

В зависимости от концентрации почвенных элементов меняются физические свойства почвы:

• плотность – отношение твёрдого вещества к эквивалентному объёму воды;
• объёмная масса – масса кубического сантиметра почвенного вещества, без учёта воды;
• пористость – содержание пустот в почве относительно её объёма в целом.

В прямом соответствии этим факторам колеблется насыщенность почвы влагой, воздухом и живыми организмами.

Вода в поверхностном слое земли образует почвенный раствор, являющийся питательной средой для растений. Пустоты, заполненные воздухом, обеспечивают дыхательные процессы жителей плодородного слоя.

Особую часть почвенной системы составляют её непосредственные обитатели – насекомые, черви, микробы. Они играют ключевую роль в сохранении и наращивании своей жизненной среды.

Слои биосферы

Стоит отметить, что все оболочки биосферы находятся в постоянном взаимодействии, поэтому порой бывает трудно выделить границы того или иного слоя. Одной из важнейших оболочек является аэросфера. Она достигает уровня примерно 22 км над землей, где еще есть живые существа. В целом это воздушное пространство, где обитают все живые организмы. В составе этой оболочки есть влага, энергия Солнца и атмосферные газы:

• кислород;
• озон;
• СО2;
• аргон;
• азот;
• водяной пар.

Численность атмосферных газов и их состав зависит от влияния живых существ.

Геосфера – это составляющая часть биосферы, к ней относится совокупность живых существ, которые населяют земную твердь. Эта сфера включает литосферу, мир флоры и фауны, грунтовые воды и газовую оболочку земли.

Значительным слоем биосферы является гидросфера, то есть все водоемы без подземных вод. В эту оболочку входит Мировой океан, поверхностные воды, атмосферная влага и ледники. Вся водная сфера населена живыми существами – от микроорганизмов до водорослей, рыб и животных.

Если детальнее говорить о твердой оболочке Земли, то она состоит из почвы, горных пород и минералов. В зависимости от среды расположения, бывают различные типы грунта, которые отличаются по химическому и органическому составу, зависят от факторов окружающей среды (растительности, водоемов, животного мира, антропогенного влияния). Литосфера состоит из огромного количества минералов и пород, которые в неодинаковом количестве представлены на земле. В данный момент открыто более 6 тысяч минералов, но лишь 100-150 видов больше всего распространены по планете:

• кварц;
• полевой шпат;
• оливин;
• апатиты;
• гипс;
• карналлит;
• кальцит;
• фосфориты;
• сильвинит и др.

В зависимости от количества горных пород и их хозяйственного использования, некоторые из них являются ценными, особенно топливные ископаемые, руды металлов и драгоценные камни.

Что касается мира флоры и фауны – то это оболочка, которая включает в себя по различным источникам от 7 до 10 миллионов видов. Предположительно около 2,2 млн. видов обитает в водах Мирового океана, а около 6,5 млн. – на суше. Представителей животного мира на планете обитает приблизительно 7,8 млн., а растений – около 1 млн. Из всех известных видов живых существ описано не более 15%, поэтому человечеству потребуются сотни лет, чтобы исследовать и описать все существующие виды на планете.

Главное свойство почвы

Плодородие – основное свойство почвы.

Определение плодородной земли возможно, когда:

• она способна обеспечить растения питательными веществами и водой в количествах, достаточных для роста и воспроизводства;
• в ней отсутствуют вредные примеси, препятствующие жизнедеятельности растений.

Разные виды растений могут существенно отличаться по терпимости к условиям среды. Тип земли плодородный для одного вида сельскохозяйственных культур подходит, для жизни другого бывает непригоден.

Однако в большинстве ситуаций почва является плодородной, если:

• её толщина достаточна для роста корней и поглощения ими воды;
• проницаемость земли способствует отводу излишков влаги и доступу воздуха к корням;
• содержание органических веществ обеспечивает сохранение структуры почвы и образование почвенного раствора;
• кислотность почвы (pH) находится в пределах 5,5 – 7;
• достигается необходимая концентрация питательных элементов растений в доступной для поглощения форме;
• наличествует спектр микроорганизмов, поддерживающих развитие растений.

Возделываемые земли нуждаются в постоянной поддержке их плодородия. Процессы истощения и эрозии здесь проявляются острее, чем на земле, не затронутой человеком.

Северные почвы

В северных регионах наблюдаются разновидности глеевых почв – тундрово-глеевая и глеево-подзолистая почва северной тайги.

Характерно развитие многолетней мерзлоты, которая выступает в роли водоупора. Слабое испарение из-за недостаточного прогревания воздуха, оттаивание почвы на незначительную глубину не обеспечивают оттока избыточной влаги. Застойный водный режим способствует формированию глеевых (восстановительных) условий почвообразования.

Почвенный профиль неполный, состоит из торфянистого горизонта, под ним тонкий гумусовый слой. Ниже – глеевый горизонт серо-голубого, сизого, оливкового цвета, сменяющийся многолетней мерзлотой.

Влияние живых организмов на литосферу

Верхняя часть литосферы служит твёрдой опорой, на которой поселяется вся растительность, обитают крупные и мелкие животные.

Живые организмы изменяют рельеф, так как участвуют в процессах выветривания. Растения, поселяясь на голых скалах, корнями увеличивают уже имеющиеся трещины в горных породах. Со временем породы разрушаются. Происходит выветривание не только под действием растений или животных. Большую роль играет ветер, температура, вода.

Живые организмы могут не только изменять рельеф, но и образовывать горные породы органического происхождения. Примерами служат каменный уголь, торф, мел, известняк, ракушечник и другие породы.

Самым важным воздействием организмов на литосферу считают образование почвы. Это верхний плодородный слой земли. Плодородие поддерживается благодаря перегною или гумусу.

Растения, которые поселяются на поверхности земли, со временем отмирают. Черви, грибы и бактерии перерабатывают растительный опад. В результате его разложения образуется перегной.

Рис. 2. Живые организмы почвы.

Клубеньковые бактерии способны усваивать атмосферный азот. В результате их деятельности почва обогащается азотом. Он переходит в форму, доступную для растений.

Вывод

Подводя итоги, стоит отметить, что жизнь в биосфере размещается по-разному и неравномерно. Большое количество живых организмов обитает на земной поверхности, будь то водная среда или суша. Все существа соприкасаются с водой, минералами и атмосферой, находясь с ними в непрерывной связи. Именно это обеспечивает оптимальные условия для жизни (кислород, вода, свет, тепло, питательные вещества). Чем глубже в толщу воды океана или под землю, тем жизнь более однообразна. Живое вещество также распространяется и по площади, и стоит отметить разнообразие форм жизни по всей земной поверхности. Чтобы понять эту жизнь, нам понадобиться еще не один десяток лет, а то и сотен, но ценить биосферу и уберечь ее от нашего вредного, человеческого, влияния нужно уже сегодня.