Факультет

Студентам

Посетителям

Структура биосферы

В определениях понятия биосферы, используемых разными исследователями, имеются некоторые различия.

Здесь (как и в предыдущих наших работах), в согласии с распространенной точкой зрения, будем называть биосферой глобальную экологическую систему, в пределах которой осуществляется взаимодействие живых организмов с окружающей их средой, связанное с процессами обмена энергии и круговорота различных видов органического и минерального веществ.

В соответствии с этим определением, биосфера охватывает организмы и зону их обитания, включающую верхние слои литосферы, гидросферу и нижние слои атмосферы (в основном тропосферу).

В многочисленных исследованиях получены обширные материалы, характеризующие структуру основных компонент современной биосферы, К этим материалам относятся, в частности, данные о пространственном изменении химического состава и физического состояния почв, вод океанов и континентов, атмосферного воздуха. Имеются детальные сведения о географическом распределении (ареалах) многих организмов и некоторые материалы о численности популяций для единичной площади, занимаемой соответствующими растениями или животными.

Существенное значение для изучения структуры современной биосферы имеют серии карт (в том числе глобальных карт), на которых представлены найденные по эмпирическим данным характеристики климата, водного режима, географической зональности, распространения различных растений и животных.

Вопрос о причинно-следственных закономерностях, которые определяют современную структуру биосферы, изучен очень мало.

В перспективе исследование этих закономерностей должно позволить определить в количественной форме характеристики основных компонент биосферы (а также изменения этих характеристик в пространстве и времени; методом дедукции на основе общих законов точных наук. Учитывая, что эта задача может быть полностью разрешена только в будущем, следует искать возможности ее частичного разрешения путем более или менее широкого использования эмпирических зависимостей между различными компонентами биосферы.

Одним из результатов такого исследования может быть построение серии глобальных карт, содержащих количественные данные о климате, водном режиме, почвах, растительности, животном мире, полученные расчетным методом, без непосредственного использования эмпирических данных. Материалы этих карт должны включать основные характеристики биосферных процессов, в том числе те характеристики, которые не могут быть получены непосредственно из эмпирических данных. Разработка методов построения таких карт должна существенно расширить понимание генезиса современной биосферы.

Составление аналогичных карт для геологического прошлого позволит значительно приблизиться к пониманию закономерностей эволюции биосферы.

Очевидны трудности решения указанной задачи, которые, с одной стороны, связаны с большой сложностью процессов, определяющих современное состояние и эволюцию биосферы. С другой стороны, комплексное изучение биосферы существенно затрудняется все возрастающей специализацией наук, материалы которых необходимо обобщать для понимания генезиса биосферы.

В настоящее время количество этих наук исчисляется многими десятками, причем быстро возрастающий объем информации в каждой из них создает тенденцию к выделению все новых дисциплин, полностью или частично посвященных исследованиям биосферы. В результате этого изучение комплексных закономерностей, определяющих структуру биосферы, для отдельных ученых становится все менее доступным. Тем не менее в последние десятилетия были найдены подходы к количественному исследованию физических, химических и биологических механизмов формирования структуры биосферы.

При разработке этой проблемы наибольшие успехи были достигнуты в исследовании абиотических компонент биосферы. Важное место в этих исследованиях занимали работы, посвященные созданию теории климата. Первые существенные результаты в данной области были получены еще в первой половине этого столетия в работах Миланковича, который на основании количественного анализа радиационного режима атмосферы рассчитал распределение средней широтной температуры воздуха. Так как результаты расчетов Миланковича удовлетворительно согласовались с данными наблюдений за распределением температуры, можно было считать, что факторы, учтенные в этих расчетах, определяют термический режим атмосферы. Аналогичный вывод можно было сделать в отношении результатов использования этой модели теории климата для объяснения происхождения четвертичных оледенений. Миланкович нашел, что периодические изменения положения земной поверхности относительно Солнца, обусловленные колебаниями орбиты Земли и наклона ее оси, приводят к изменениям термического режима, достаточным как для появления крупных оледенений, так и для их разрушения.

Последующие исследования показали, что, несмотря на наличие в работах Миланковича многих существенных упрощений, общие выводы этих работ были в основном правильными. Это заключение имеет принципиальное значение, поскольку оно показывает, что при применении метода дедукции (в данном случае физической дедукции) можно объяснить существенные черты генезиса структуры отдельных компонент современной биосферы.

Исследования Миланковича были продолжены в многочисленных трудах советских и зарубежных ученых, в которых удалось учесть влияние на климат общей циркуляции атмосферы, влагооборота, фазовых преобразований воды и многих других факторов. В отдельных работах при решении задачи построения теории климата были совместно рассмотрены циркуляционные процессы в атмосфере и океанах, что позволило приблизиться к причинному объяснению современного режима океанических вод.

В ряде исследований по теории климата были найдены расчетным путем характеристики водного режима суши, включающие суммы стока, влажность верхних слоев почвы и т. д. Мировые карты этих характеристик оказались хорошо согласующимися с результатами эмпирических исследований, что доказало возможность объяснения механизма формирования водного режима суши методом физической дедукции.

Меньше успехов было достигнуто в изучении механизмов формирования химической и биологической структур биосферы. Это объясняется не только большей сложностью соответствующих процессов. В отличие от физического состояния биосферы, которое можно (с некоторыми ограничениями) изучать как квазистационарное, т. е. определяемое в известных пределах современными внешними факторами, химическая и биологическая структуры биосферы в гораздо большей степени зависят от изменений биосферы во времени, т. е. от эволюции биосферы, изучение которой связано с рядом дополнительных сложных проблем.

Следует все же отметить, что в настоящее время имеются работы, содержащие количественные модели современных геохимических циклов, в том числе циклов углерода, азота, фосфора и ряда других элементов. Развивая идеи Лотка и Вольтерра, ряд авторов разработали численные модели экологических систем, позволяющих рассчитать популяции различных организмов и колебания численности этих организмов во времени. Существуют исследования, в которых установлены связи географических зон с климатическими условиями, главным образом с режимом тепла и влаги.

Работы этого направления позволяют приблизиться к пониманию ряда закономерностей формирования современной биосферы. Следует, однако, отметить, что данные исследования имеют гораздо более схематичный характер по сравнению с работами по теории климата.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: