Raft Master » Научная библиотека » Биоэкология » Океан в океаносфере и биосфере


  • 5-01-2013, 04:57
  • | Views: 983


Океан в океаносфере и биосфере

Океан в океаносфере и биосфере

Как правило, биологи мало знакомы с науками о Земле, а метеорологи и специалисты по физическим процессам в атмосфере мало осведомлены об участии жизни в формировании климата. Между тем, формирование в биосфере геологического, физико-географического, климатического и биологического пространств теснейшим образом переплетается. Можно и нужно рассматривать эволюцию и каждодневную динамику этих составляющих раздельно. Однако в социально глобализующемся мире необходимо осознание всех составляющих в контексте единой (Гео, Био и Социо) организованности и коэволюции обитаемой области Земли. Не забудем при этом, что дочеловеческие формы Социо (начиная с сообществ архейских прокариот) устойчиво существуют на Земле миллиарды лет, что резко контрастирует с возрастающей неустойчивостью людского социума.

Было бы ошибкой искать корни кризиса в отдельно взятых частных аспектах глобальной истории. Всё указывает на системный характер нестабильности биосферы. Для эколога это означает необходимость иметь хотя бы контурное, но фактологическое знакомство с историей Земли, жизни и климата, чего учебники экологии, а тем более биологии, не дают.

  • Краткие сведения о геологической эволюции океаносферы и биосферы

Возраст поверхностной области Земли оценивается примерно в 4.6 млрд. лет (Монин, 1977). Возраст жизни на Земле лишь немногим меньше - 4.5 млрд. лет. На этом фоне возраст высших форм жизни сравнительно мал: растений - около 0.5 млрд. лет, беспозвоночных - 1 млрд., простейших - 1,5 млрд. (Заварзин, 2001).

Прямым доказательством существования гидросферы в архейский период (и даже в катархее; 4.5 - 4.6 млрд. лет) служит наличие осадочных пород в земной коре 2'10 лет соответствующего возраста. Здесь показано, как изменялась общая масса воды, дегазированной из мантии (линия 1) и как шло ее распределение между массой свободной воды в гидросфере (линия 2) и водой, связанной в океанической и континентальной коре (линии 3 и 4). Параллельно в воду гидросферы переходят химические элементы. Считается, что на 1 кг морской воды приходится 0.6 кг разрушенных горных пород. При их разрушении в первичный океан переводится 66 % содержащегося в них натрия, 10% магния, 4% стронция, 2.5 % калия, 1.9 % кальция. Общая солёность первичного океана была, вероятно, близка к современной. Его воды были хло-ридными, нейтральными (рН около 7) и бессульфатными; кислород в них отсутствовал. В российских реках, таких как река Обь, река Чусовая и Шуя содержание кислорода очень высокое.

Свободный кислород мог образоваться в первичной атмосфере абиогенным путем, в результате фотодиссоциации водяного пара под действием жесткой волновой части солнечного спектра. Первые количества биогенного кислорода могли появиться в раннем биокосном океане при фотосинтезе одноклеточных водорослей, с начала архея (3.5 млрд. лет). Однако он расходовался на окисление атмосферных газов. Лишь много позже стало формироваться "геохимическое чудо" солнечной системы - кислородная атмосфера (оставляя в водной среде многочисленные анаэробные "карманы", поддерживающие формы жизни с бескислородным обменом веществ).

Наибольший интерес для нас представляют геологические и биологические события последних 500 млн. лет (фанерозой). Соотношение суммарной площади воды и суши изменялось в колебательном режиме (рис. 8.8). Черными кружками на графике отмечены максимальные трансгрессии, а белыми - умеренные. Обратим внимание на то, что циклы глубокого погружения твердой поверхности и её возвращения на уровень моря с последующим подъемом выше его уровня укорачиваются по мере приближения к современности (на графике - слева направо).

Поскольку скорость ферментативных реакций в организмах на порядки величин выше типичной скорости химических реакций в косных средах, эволюция жизни, её усложнение и развитие людского социума шли с чрезвычайным ускорением. Одно из кардинальных событий, определивших ускорение эволюции древней жизни началось примерно 2 млрд. лет назад. Биогеохимик и микробиолог Г.А. Завар-зин (2001, с. 991) пишет: «В геологической летописи обнаружено резкое изменение состояния литосферы и поверхностных оболочек Земли около 2 млрд. лет назад. Оно отмечено образованием красноцветных пород, свидетельствующих о появлении кислорода в атмосфере. В этот период биосферно-геосферная система стала как бы выворачиваться наизнанку: вместо кислородных карманов циано-бактериальных сообществах в условиях аноксической атмосферы формируется кислородная атмосфера с анаэробными карманами в субаквальных условиях - местах потребления кислорода. После этого появилась возможность для развития биосферы современного типа».

За три миллиарда лет существования биосферы её бактериальные сообщества сформировали устойчивую биогеохимическую систему связей, на базе которой стало возможным и началось бурное развитие и видообразование тканевых организмов. Рис. 8.9 показывает, как происходило увеличение числа таксономических классов растений (а) и животных (б) в период фанерозоя (его стадии те же, что на рис. 8.8).

Климат Земли имеет в своей основе физические процессы, большую часть энергию для которых поставляет Солнце. Физические свойства воды и суши различаются по многим характеристикам. Вода океанов обладает большой теплопроводностью (в океанах она определяется в основном турбулентностью) и теплоемкостью, а поэтому и тепловой инерцией. Вследствие этого суточные и сезонные колебания температуры в океанах сглажены. Различна у континентов и океанов способность отражать коротковолновую солнечную радиацию. В январе на континентах наибольшие холода наблюдаются в Гренландии, Северной Канаде и Якутии, а в июне самые жаркие области характерны для пустынь Африки, Южной Азии и Мексики.

Состояние океанов характеризуется полями температуры, солёности, плотности и трехмерного вектора скорости течения. Водный баланс Мирового океана (Монин, Шишков, 1979) складывается из обмена воды с атмосферой (Осадки над водной поверхностью за вычетом испарения составляют 4.4* 102" т в год), который компенсируется речным стоком (0.4 *102" т в год). Средняя температура всей толщи вод Мирового океана (без Атлантического бассейна) равна 5.7° С. Средняя солёность поверхности Мирового океана равна 34.84 °/00.

Одна из книг об океане, изданная в последней четверти XX века, начинается так: "Научные описания океана - не самое интересное чтение на свете. Да, в таком-то месте океан такой, дальше немного иной, перечислять эти различия можно с разной подробностью, как можно перечислять улицы, или дома города с севера к югу. При этом мы можем найти определенную закономерность и симметрию и заполнить описанием сотни страниц.

Но нельзя ли выразить всю эту систему фактов одной идеей, одним сравнением, которое много могло бы сказать уму и чувствам? Рискнём это сделать. Если мы отвлечёмся от бесконечности просторов океана и всех частных многообразий его поверхности и берегов, если мы мысленно стянем океан до малых размеров, то сможем сказать, что океан имеет сходство с единой живой клеткой" (Лебедев и др., 1974,




  • Вернуться



  • Еще по теме


    Несоответствия в представлениях о крупномасштабном облике природы


    Обитание в норах, гнёздах, коконах


    Кольцевые потоки в экосистемах


    Живой океан организован подобно живой клетке


    Различие и сходство косного и живого миров

     

    Последние новости



    Пользовательский поиск

    Партнеры