Co je to rovnováha v komunitě? Ekosystémová rovnováha

1. Jaká je trofická struktura společenství?

Odpovědět. Trofická struktura společenství je ekologickým indikátorem potravních vztahů v něm. Jakékoli společenstvo lze znázornit jako potravní síť, tedy schéma veškeré potravy, nebo trofické (z řeckého tropho - výživa), vztahy mezi druhy tohoto společenstva. Potravinová síť (její vazby mohou být velmi složité) se obvykle skládá z několika potravních řetězců, z nichž každý je samostatným kanálem, kterým se přenáší hmota i energie. Jednoduchý příklad potravního řetězce je dán následujícím sledem: vegetace - hmyz živící se vegetací - populace dravého hmyzu - hmyzožravý pták - dravec. V tomto řetězci dochází k jednosměrnému toku hmoty a energie z jedné skupiny organismů do druhé.

2. Jaké znáte faktory prostředí?

Odpovědět. Ekologické faktory jsou jednotlivé prvky prostředí, které interagují s organismy.

Existují abiotické, biotické a antropogenní faktory. Abiotické faktory: světlo, teplota, vlhkost a další složky klimatu, složení vzduchu, půda a další, tzn. prvky neživé přírody.

Biotické faktory: živá těla nebo organismy, všechny druhy interakcí mezi nimi (fytogenní, zoogenní).

Antropogenní faktory: odlesňování, odvodňování bažin, stavba přehrady, uvolňování různých chemikálií do atmosféry atd. (tj. lidská činnost).

Otázky za § 86

1. Co je to nástupnictví?

Odpovědět. Komunity se neustále mění. Mění se jejich druhové složení, počet určitých skupin organismů, trofická stavba, produktivita a všechny další ukazatele. Komunity se v průběhu času mění.

Přirozený a konzistentní proces změny společenstev na určitém území, způsobený vzájemným působením živých organismů a abiotického prostředí, které je obklopuje, se nazývá sukcese (z latinského successio - dědictví, změna generací, posloupnost).

2. Je možná rovnováha ve společenství, kde se „společné dýchání“ organismů svou hodnotou nerovná hrubé produkci?

Odpovědět. Abychom porozuměli povaze ekologické sukcese, představme si ideální společenství, ve kterém hrubá, tj. celková produkce autotrofů v energetickém vyjádření přesně odpovídá energetickým nákladům používaným k zajištění života organismů, které ji tvoří. V ekologii se celková spotřeba energie nazývá celkové dýchání komunity.

Je jasné, že v takovém ideálním případě jsou výrobní procesy vyváženy procesy dýchacími. V důsledku toho zůstává biomasa organismů v takovém systému konstantní a systém samotný zůstává nezměněný, neboli rovnovážný.

Je-li „celkové dýchání“ menší než hrubá primární produkce, dojde v ekosystému k akumulaci organické hmoty, pokud je více, bude se snižovat. Obojí povede ke změně komunity. Je-li zdroje nadbytek, vždy se najdou druhy, které jej dokážou ovládnout, je-li ho nedostatek, některé druhy vyhynou. Takové změny tvoří podstatu ekologické sukcese. Hlavním rysem tohoto procesu je, že ke změnám ve společenství dochází vždy ve směru rovnovážného stavu.

Každé stádium sukcese je společenstvím s převahou určitých druhů a forem života. Navzájem se nahrazují, dokud nenastane stav stabilní rovnováhy.

3. Jaké druhy dědictví znáte?

Odpovědět. Existují primární a sekundární posloupnosti.

Primární sukcese se vyskytují na substrátech neovlivněných tvorbou půdy a jsou spojeny se vznikem nejen fytocenózy, ale i půdy. Příkladem primární sukcese je usazování krustových a listových lišejníků na kamenech. Kamenitý substrát se vlivem sekretů lišejníků postupně mění v jakousi půdu, kde se usazují křovinaté lišejníky, zelené mechy, dále traviny a další rostliny atd.

Sekundární sukcese se vyvíjejí na místě vzniklých biocenóz po jejich narušení, například v důsledku eroze, sucha, požárů, odlesňování atd.

4. Jaké jsou rozdíly mezi mladými a zralými komunitami?

Odpovědět. Délka nástupnictví je do značné míry určena strukturou komunity. Během primární sukcese trvá mnoho set let, než se vyvine stabilní komunita.

Sekundární posloupnosti probíhají mnohem rychleji. To se vysvětluje tím, že primární společenství za sebou zanechává dostatečné množství živin a rozvinutou půdu, což vytváří podmínky pro zrychlený růst a rozvoj nových osadníků.

Vyspělé společenstvo se svou větší diverzitou a množstvím organismů, vyvinutou trofickou strukturou a vyváženými energetickými toky je schopno odolávat změnám fyzikálních faktorů (např. teplota, vlhkost) a dokonce některým typům chemického znečištění v mnohem větší míře mladá komunita. Mladá komunita je však schopna produkovat novou biomasu v mnohem větším množství než ta stará.

Člověk tak může sklízet bohatou úrodu ve formě čistých produktů, uměle udržovat společenství v raných fázích následnictví. Ve vyspělé komunitě, která se nachází ve fázi udržitelnosti a stability, se čistý hotový produkt vynakládá hlavně na „všeobecné dýchání“ rostlin a zvířat a může se dokonce rovnat nule.

Na druhou stranu stabilita vyspělého společenství, jeho schopnost odolávat působení fyzikálních faktorů (a dokonce je zvládat) je velmi důležitou a velmi žádoucí vlastností.

Pozorovali jste někdy sukcesní změny v přírodě? Řekněte nám o svých pozorováních.

Odpovědět. Když je komunita zničena lidskou činností nebo přírodními katastrofami, jako jsou povodně nebo požáry, začíná pomalý proces obnovy do původního stavu známý jako sukcese. Sukcese je postupná řada změn, které nakonec vedou k vytvoření vrcholného společenství (za předpokladu, že nedojde k dalšímu narušení).

Příkladem sukcese je obnova klimaxového listnatého lesa na opuštěném poli. Když se pole přestane obdělávat, brzy zaroste jednoletými bylinami a vytvoří pestrý koberec: hořčice černá, ambrózie, pampelišky. Tito „průkopníci“, kteří přišli do nového prostředí, rychle rostou a produkují semena přizpůsobená k tomu, aby se pomocí větru nebo zvířat rozšířila na poměrně širokou oblast. Brzy se zde objevují vyšší rostliny jako zlatobýl a vytrvalé trávy. Protože tito nováčci zastiňují půdu a jejich rozsáhlé kořenové systémy vysávají z půdy veškerou vlhkost, sazenice druhů, které se dostanou na pole jako první, obtížně rostou. Ale stejně jako tyto vysoké plevele dusí první druhy, které milují slunce, jsou zase zastíněny a zbaveny vody sazenicemi pionýrských stromů, jako je třešeň ptačí a osika, které se usazují pomaleji, ale poté, co dosáhly dostatečné velikosti, vzít lví podíl na všech zdrojích. Sukcese tím nekončí, protože pionýrské stromy nejsou druhy, které tvoří dospělý klimaxový les; pomalu rostoucí druhy dubu a bílého ořechu nebo buku a javoru, které se objevují jako poslední a vytlačují průkopníky a zastiňují jejich mladé stromky.

Sukcese brownfieldů je příkladem sekundární sukcese, která nastává relativně rychle, protože se vyskytuje na půdě zbylé z původního klimaxového lesa. Pokud je půda v důsledku špatného hospodaření značně vyčerpaná nebo zcela chybí (jako na holých skalách odkrytých po ústupu ledu nebo na ztuhlých lávových proudech), postupuje sukcese mnohem pomaleji, protože je možný růst většiny rostlin. až po vytvoření půdy.

Posloupnost, která začíná na holé skále, se nazývá primární posloupnost. K tvorbě půdy může dojít v důsledku eroze povrchu matečné horniny působením kyseliny uvolňované lišejníky nebo zamrzáním a táním vody, která se hromadí ve štěrbinách a způsobuje destrukci horniny. Odumírající lišejníky navíc vnášejí do nově vytvořené půdy organickou hmotu a mechy se mohou uchytit i na velmi tenké vrstvě zbytků lišejníků a minerálního prachu. Jak mechy stále více rozbíjejí skálu a přidávají svůj vlastní mrtvý materiál do hromadící se půdy, je možné, aby malé, zakořeněné rostliny vyklíčily a vyrostly, čímž započal proces v podstatě podobný sukcesi na brownfieldech.

Posloupnost lze pozorovat i na městské ulici. Mechy, lišejníky a plevel osidlují trhliny na chodnících; V některých koutech, kde se hromadí spadané listí a nečistoty, mohou růst poměrně velké rostliny a na střechách, které vyžadují opravu, mohou růst mechy. Pokud přestanete čistit a opravovat ulice, může se i centrum velkého města během jedné generace proměnit v zalesněnou oblast obsypanou kamením.

Existence různých míst procházejících sukcesí poskytuje stálý zdroj „putujících“ rostlin – rychle rostoucích plevelů, které se náhle objeví a stejně náhle zmizí. Semena těchto druhů mohou být roznášena na poměrně značné vzdálenosti větrem nebo zvířaty. Kromě toho jsou semena mnoha „putujících“ rostlin schopna zůstat v klidu po dlouhou dobu, klíčení po určitém narušení prostředí vytváří vhodné podmínky, jako je zvýšené světlo.

Rovnováha- je to stav ekosystému, ve kterém složení a produktivita jeho biotické části (biocenóza) v každém časovém okamžiku nejúplněji odpovídá abiotickým podmínkám - půdě a klimatu; a tato rovnováha zajišťuje dlouhodobou stabilní existenci tohoto přírodního komplexu.

Rovnovážný stav je charakterizován především následujícími znaky:

A) Stálost druhové skladby biocenózy. Tito. existuje dobře vyvážený soubor druhů zvířat, rostlin a mikroorganismů. Trofické vazby jsou stabilní, ekologické niky jsou hustě zaplněny. prostředí vytvořené v takové biogeocenóze je natolik specifické, že omezuje zavádění nových druhů do společenstva; a díky tomu mohou domorodé komunity zůstat stabilní po značný počet let.

B) Stálost koloběhů živin. Veškerý uhlík a dusík absorbovaný ekosystémem z atmosféry se do něj vrací v důsledku činnosti rozkladačů. Všechny prvky minerální výživy (P, K, Ca atd.) se po rozkladu odumřelé organické hmoty vracejí zpět do půdního roztoku k opětovnému využití kořeny rostlin. Pokud se část organické hmoty změní na detritus, pak rychlost její akumulace odpovídá rychlosti jejího rozkladu rozkladači. Tito. všechny látky absorbované biotou se vracejí zpět do prostředí.

Můžete si to představit jinak typy rovnováhy. První z nich je typický pro uzavřenou komunitu : nepřicházejí sem žádné další produkty a vlastní produkty komunity zůstávají zcela v ní. Rovnováha zde znamená celá hrubá produkce autotrofů odpovídá nákladům vynaloženým na zajištění vitální činnosti organismů, které tvoří tuto biocenózu. Nazvěme to "společný dech". Taková komunita je jako továrna, v níž se výrobní náklady přesně rovnají obdrženému zisku. Výrobní proces je vyvážen procesy „obecného dýchání“. Charakteristický je druhý typ rovnováhy Pro nějaký tekoucí vodní ekosystémy , organická hmota, ve které vzniká nejen v důsledku fungování autotrofů, ale také v důsledku přílivu zvenčí. Rovnováha zde znamená „celkové dýchání“ se rovná hrubé produkci samotné komunity doplněné o přísun organické hmoty zvenčí. U některých ekosystémů je odstraňování hmoty za jejich hranice tak velké, že je jejich stabilita zachována především díky přílivu stejného množství hmoty zvenčí; zatímco vnitřní oběh je neúčinný. Patří mezi ně tekoucí nádrže, řeky, potoky a oblasti na strmých horských svazích. V zemědělských agroekosystémech (třetí typ rovnováhy), naopak dochází k neustálému stahování části produkce, jak již bylo zmíněno. Proto v takových ekosystémech rovnováhy je dosaženo pouze tehdy, když je „všeobecné dýchání“ zajištěno množstvím produkce, která bude muset zůstat v systému po odstranění její části člověkem (sklizeň). Tento zásada o nemožnosti úplného stažení produktů ze systému, pokud neexistují dodatečné kompenzační dodávky zdrojů zvenčí.

Při tom všem je třeba říci, že ve skutečnosti nemá ani jeden ekosystém, byť ten největší na Zemi, zcela uzavřený koloběh látek. Ty ekosystémy, které mají víceméně kompletní koloběh látek, jsou ve skutečnosti stále jen relativně autonomní (lesy, louky, jezera atd.). Kontinenty si vyměňují hmotu s oceánem a litosférou (za účasti atmosféry na těchto procesech); a celá naše planeta přijímá část své hmoty a energie z vesmíru a část uvolňuje do vesmíru.

Pokud je „celkové dýchání“ nižší než hrubá primární produkce, dojde v ekosystému k akumulaci organické hmoty. Pokud více, zmizí. Obojí povede ke změně ve společnosti. Když je zdroje nadbytek, vždy se najdou druhy, které ho dokážou využít. Pokud je nedostatek zdrojů, některé druhy vyhynou. Tito. ekosystém se opět vrátí do rovnovážného stavu, ale bude jiný – nový. Tím pádem, Hlavním rysem ekologické rovnováhy je její mobilita. Takové změny tvoří podstatu tzv ekologická sukcese – postupné nahrazování jedné komunity druhou. Hlavním rysem tohoto procesu je, že se komunita mění vždy se stanou směrem k rovnováze .

C) Úplné rozptýlení energie vstupující do ekosystému. Veškerá energie absorbovaná ekosystémem je po průchodu trofickými řetězci rozptýlena ve formě tepla a „spálena“ organismy v procesu života a práce. Ekosystém si udržuje rovnováhu díky tomu, že do něj neustále vstupuje nová sluneční nebo chemická energie.

Ekologická rovnováha v ekosystémech je udržována složitými mechanismy vztahů mezi živými organismy a podmínkami prostředí; mezi jedinci stejného druhu a jedinci různých druhů mezi sebou, o čemž jsme již hovořili. Vztahy mezi organismy stejné trofické úrovně se nazývají horizontální(soutěž) , a mezi organismy různých trofických úrovní – vertikální(predace, symbióza).

Každý ekosystém se kromě rovnovážného stavu vyznačuje také určitou mírou stability, stability a vytrvalosti. Udržitelnost ekosystémy jsou schopností odolávat jakýmkoliv vnějším i vnitřním poruchám, včetně antropogenních, a pokaždé se vrátit do původního rovnovážného stavu. Tito. schopnost se pokaždé zotavit. Stabilita ekosystémy - schopnost zůstat nezměněny, zachovat si svou strukturu a funkční charakteristiky po neomezenou dobu, díky jejich vnitřním regulačním mechanismům. Může-li se nestabilní ekosystém ve svém vývoji vychýlit jedním či druhým směrem i bez zvláštních narušení zvenčí, pak stabilní zůstává vždy nezměněn. Vytrvalost – schopnost snášet dlouhodobé vnější a vnitřní poruchy a přizpůsobovat se jim, udržovat dynamickou (mobilní) rovnováhu. Tito. schopnost adaptovat se na přežití nepříznivých podmínek.

Historie zná mnoho případů, kdy krátkozrakost člověka způsobila ty nejzávažnější narušení ekosystému. Co důvodů může to být způsobeno:

A)vyhubení z ekosystému predátora(přitom trpí populace kořisti a zdroje, kterými se živí - veškerou trávu sežerou kopytníci);

b)zařazení do ekosystému druhu, pro který neexistuje žádný rozkladač– v důsledku toho hromadění nerozloženého detritu (v Austrálii krávy a hnojní brouci);

PROTI)zařazení do ekosystému rostlinných druhů, které zde nemají fytofágy– v důsledku toho – nadměrné rozmnožování a potlačování místních druhů (v Austrálii opuncie a motýla ohnivého);

G)podobné důsledky mají také opačný účinek - zničení fytofága v ekosystému;

a)změny klimatických, půdních, hydrologických podmínek zahrnuje změny ve flóře a fauně ekosystému.

Rovnováhu (stabilita) a diverzitu spojují velmi složité vzájemné závislosti. Velká rozmanitost ne vždy zajišťuje biocenóze správnou stabilitu a udržitelnost. Příliš velké a složité systémy s mnoha vysoce specializovanými a pečlivě upravenými prvky je totiž často snadné zničit.

DYNAMIKA EKOSYSTÉMŮ

V živé přírodě neexistují žádné zamrzlé, statické procesy. Ekosystémy přirozeně neustále procházejí určitými změnami. Znovu a znovu vracejí ekosystém do rovnovážného stavu. Jak jsme již řekli, hlavním rysem ekologické rovnováhy je její mobilita – dynamika. V jejich jádru tyto ekosystémové změny lze připsat dvěma hlavním typy: a) vratné cyklické (periodické) a b) nevratné progresivní.

A) Cyklické procesy jsou propojeny s četností vnějších podmínek. Cirkadiánní rytmy změny teploty, vlhkosti a osvětlení také určují odpovídající změnu v aktivitě různých organismů obývajících ekosystém. Sezónní změny v ekosystémech se vyskytují po celý rok od jara do jara a ovlivňují již kvantitativní ukazatele charakterizující stav biocenózy. To je zvláště výrazné v klimatických pásmech s kontrastními zimními a letními podmínkami. Poměr různých druhů organismů v různých ročních obdobích se může výrazně lišit v závislosti na reprodukčních cyklech, sezónních pohybech a migracích. Řada druhů navíc může zcela zmizet ze života komunity, upadnout do nehybnosti nebo hibernace. V rostlinách mohou v závislosti na ročních obdobích některé vrstvy zcela chybět (jednoleté trávy v zimě). Dlouhodobá periodická variabilita závisí především na změnách klimatických ukazatelů v průběhu let.

b) Kromě zaznamenaných cyklických změn v ekosystémech, řídil progresivní procesy, což vede k nevratným změnám a nevratným důsledkům. V důsledku toho se může objevit biocenóza, která je kvalitativně odlišná od předchozí. Někdy v přírodě dochází ke změně biocenóz náhle, v důsledku náhlých a dokonce katastrofických událostí v prostředí(požár, velký únik ropy, odlesňování, zaplavení nebo snížení hladiny podzemní vody, průjezd kol vozidel tundrou). K tomu může dojít buď vlivem přírodních sil, nebo v důsledku lidské činnosti. Faktor způsobující změnu navíc nijak nesouvisí s předchozím průběhem vývoje ekosystému a udává jiný směr jeho vývoje, což může vést k narušení biocenotických vazeb, ekologické rovnováhy až k zániku biocenózy. Zánikem faktoru ale může na tomto území začít nová linie vývoje živého krytu, která časem krok za krokem povede ke vzniku nové komunity zde, možná podobné té původní, která byla zničena . V přírodě však častěji dochází k nahrazení jedné biocenózy jinou postupně, jakoby postupně, postupně, paralelně se změnami podmínek prostředí.– se zvýšením (nebo snížením) vlhkosti nebo bohatosti půdy, se změnou klimatu atd. V tomto případě se mění složení živých organismů, typ koloběhu látek a úroveň produktivity ekosystému. Postupně se role některých druhů snižuje, zatímco jiných přibývá, různé druhy z ekosystému vypadnou nebo jej naopak doplňují. Tento jev postupného postupného nahrazování jedné biogeocenózy jinou se nazývá posloupnost. Takové změny v komunitě vedou zpravidla od méně stabilního stavu ke stabilnějšímu. Tito. jakákoli biogeocenóza směřuje ve svém přirozeném vývoji k rovnováze, jak již bylo zmíněno.

Celková komunitní respirace (plné čáry) in situ při 15 °C byla asi 16 ml Oz na 1 m2 za 1 hodinu a celková biomasa bentosu (přerušované čáry) byla 4,2 mg/m2.[...]

Obsah chlorofylu na 1 m2 je v různých společenstvech přibližně stejný, tj. v celých společenstvech je obsah zeleného pigmentu rozložen rovnoměrněji než v jednotlivých rostlinách nebo jejich částech. Poměr mezi zelenými a žlutými pigmenty lze použít jako indikátor poměru heterotrofního a autotrofního metabolismu. Když fotosyntéza převyšuje respiraci ve společenství, dominují zelené pigmenty, a když komunitní dýchání klesá, zvyšuje se obsah žlutých pigmentů.[...]

Rovnováha mezi hrubou primární produkcí a dýcháním komunity obsahuje význam rozporu mezi lidskými ekonomickými aspiracemi a strategií rozvoje přírody. Člověk má zájem zvýšit roční výnos čistých produktů komunity a strategie rozvoje jakéhokoli ekosystému je zaměřena na to, aby během ročního cyklu nejen vyprodukoval co nejvíce, ale také spotřeboval vše, co se za stejnou dobu vyprodukuje. Rovnost mezi příjmy a výdaji je však dosti vzácným jevem; je pozorován v nejstabilnějších společenstvech, zejména v tropickém pásmu, a vytváří objektivní obtíže pro rozvoj zemědělství tam. Člověk tím, že vypálí bujný tropický prales, doufá, že z uvolněného území získá vysoké výnosy. Brzy se však ukazuje, že půdy v exponované oblasti jsou absolutně neúrodné – veškerou roční produkci lesa rostoucího na tomto místě spotřebovali různí konzumenti a do půd se nic neukládalo.[...]

Vlevo od diagonály hrubá produkce P převyšuje dýchání komunity I (PR větší než jedna = autotrofie). Vpravo je opačný obrázek (P/I menší než jedna = heterotrofie). V druhém případě komunita žije na úkor organické hmoty přijímané zvenčí nebo jejím předběžným skladováním nebo akumulací. Směry autotrofní a heterotrofní posloupnosti jsou označeny šipkami. Komunity umístěné podél diagonály spotřebují v průměru ročně přibližně tolik, kolik vytvořily, a lze je považovat za metabolicky vrchol.[...]

Ve většině případů převažuje hrubá primární produkce nad komunitním dýcháním, což má za následek hromadění nespotřebované organické hmoty např. ve formě uhlí, ropných břidlic, suchého listí apod. Nerovnováha v dodávkách a spotřebě energie má vážnou důsledky pro ekosystém [...]

Tento přístup použitý při studiu aktivity planktonu v eufotické zóně přehrady Krasnojarsk ukázal, že významnou část (asi polovinu) celkové rychlosti dýchání společenstva tvoří fytoplankton.[...]

Akumulace biomasy je nárůst množství organické hmoty rovnající se rozdílu mezi hrubou primární produkcí a celkovými výdaji organické hmoty na dýchání komunity. Tento rozdíl se také nazývá čistá produkce ekosystémů, ale tento termín je zcela odlišný od konceptu čisté primární produkce. V klimaxových společenstvech, jako je les popsaný v tabulce. 5-1, čistá primární produkce může být vysoká (1390 g/m2-rok), ale čistá produkce ekosystému je v tomto případě rovna nebo se blíží nule, protože hrubá primární produkce a celkové náklady komunity na dýchání jsou přibližně stejně. [...]

Zvláště zajímavá je nyní zkoumaná možnost využití poměru mezi žlutými pigmenty, karotenoidy a zelenými pigmenty, chlorofyly, jako indikátoru poměru heterotrofního a autotrofního metabolismu v celé komunitě. Když fotosyntéza ve společenství převyšuje dýchání, dominují chlorofyly, a když se zvyšuje komunitní dýchání, zvyšuje se obsah karotenoidů. Při pohledu na krajinu z letadla si toho okamžitě všimnete: rychle rostoucí mladé plodiny nebo lesy vypadají jasně zelené ve srovnání se žlutozelenou barvou starších lesů nebo zralých plodin. Margalef (1961, 1967) zjistil, že poměr optické hustoty acetonových extraktů pigmentů při vlnové délce 430 nm k optické hustotě při vlnové délce 665 nm poskytuje jednoduchý poměr žlutých a zelených pigmentů, který je nepřímo úměrný P. /R poměr v kulturách a planktonických společenstvech. Tento poměr je tedy obvykle nízký (například od 1 do 2) u mladých plodin nebo během jarního „rozkvětu“ vodních ploch, kdy je dýchání nízké, a vysoký (3-5) u stárnoucích plodin nebo v planktonních společenstvech při konec léta, když je dýchání poměrně intenzivní.[...]

V každém složitém systému reálného světa má prvořadý význam udržování procesů, které běží proti teplotnímu gradientu. Jak ukázal Schrödinger, k udržení vnitřního pořádku v systému umístěném při teplotě nad absolutní nulou, kdy dochází k tepelnému pohybu atomů a molekul, je zapotřebí neustálá práce na vypumpování nepořádku. V ekosystému lze poměr celkového dýchání společenstva k jeho celkové biomase (R/B) považovat za poměr energetického výdeje na udržení životní aktivity k energii obsažené ve struktuře nebo za míru termodynamického řádu. . Vyjádříme-li R a B v kaloriích (jednotkách energie) a vydělíme je absolutní teplotou, poměr RIB se stane poměrem nárůstu entropie (a s tím spojené práce) spojeného s udržením struktury k entropii uspořádané části. Čím větší je biomasa, tím vyšší jsou náklady na údržbu; ale pokud je velikost jednotek, na které je biomasa rozdělena (např. jednotlivé organismy), dostatečně velká (řekněme, jsou to stromy), pak náklady na udržování procesů, které jdou proti teplotnímu gradientu, z hlediska strukturní jednotky biomasy, bude nižší. Jednou z aktuálně intenzivně diskutovaných teoretických otázek je, zda se příroda snaží maximalizovat poměr „strukturálního“ a „udržovacího“ metabolismu (viz Margalef, 1968; Morowitz, 1968), nebo zda se to týká samotného toku energie.[... ]

Samočištění souvisí s chemickým složením vody a dnových sedimentů řeky. Termín „čištění“ znamená odstranění rozpuštěné nebo nerozpuštěné látky, která má „znečišťující“ vlastnosti. Chemické látky přítomné ve vodě a sedimentech na dně jsou významnými environmentálními faktory pro vodní organismy, a proto samočištění způsobuje určité sekundární efekty. Hlavním důvodem je dynamický vztah mezi produkcí fotosyntetického kyslíku a komunitním dýcháním.[...]

Liman je dobrým příkladem přidruženého systému, ve kterém bylo dosaženo spolehlivé rovnováhy mezi fyzikálními a biotickými složkami a v důsledku toho vysoké úrovně biologické produktivity. Skládá se z několika hlavních subsystémů, které jsou vzájemně propojeny přílivem a odlivem a prouděním vody, které je poháněno hydrologickým cyklem (průtok řeky) a přílivovým cyklem; oba cykly poskytují dodatečné zdroje energie pro systém jako celek. Mezi hlavní subsystémy patří: 1) mělká produkční zóna, ve které intenzita primární produkce převyšuje intenzitu dýchání komunity; to zahrnuje útesy, mělčiny, dna s mořskou trávou nebo mořskou trávou, dna s mořskou trávou a slané bažiny; tento subsystém exportuje energii a živiny do hlubších vod ústí a vod přilehlého pobřežního šelfu; 2) subsystém sedimentů v hlubších kanálech, průlivech a lagunách, ve kterých dýchání převyšuje produkci a které využívají vytvořenou a rozpuštěnou organickou hmotu z produkční zóny; zde se regenerují, cirkulují a ukládají živiny, tvoří se také vitamíny a regulátory růstu; 3) plankton a nekton, které se volně pohybují mezi dvěma pevnými subsystémy a produkují, přeměňují a transportují živiny a energii v časech odpovídajících denním, přílivovým a sezónním obdobím. Tento subsystém je schopen rychle reagovat na místní nadbytek či chudobu dostupných zdrojů.

Přirozené ekologické systémy (biogeocenózy) existují dlouhou dobu - desítky a stovky let, zachovávají si svou strukturu a funkční vlastnosti. těch. mít určitou stabilitu. Pro udržení stability ekosystému je nutné vyrovnat toky hmoty a energie, metabolické procesy mezi organismy a prostředím.

Stav ekosystému, ve kterém složení a produktivita biotické složky v libovolném čase odpovídá abiotickým podmínkám, je charakterizován jako ekologická rovnováha.

Představme si společenství, ve kterém hrubá (tj. celková) produkce autotrofů v energetickém vyjádření přesně odpovídá energetickým nákladům používaným k zajištění životně důležité činnosti organismů, které ji tvoří. Celkový energetický výdej se nazývá celkové dýchání komunity.

Je zřejmé, že v tomto ideálním případě nemůže dojít ani k akumulaci biomasy, ani k jejímu úbytku. Biomasa organismů v takovém systému proto zůstává konstantní a samotný systém zůstává neměnný, neboli rovnovážný (výrobní procesy jsou vyváženy procesy dýchání).

Lze si představit různé typy rovnováhy.

První což je charakteristické pro uzavřenou komunitu: nepřicházejí sem žádné další produkty a vlastní produkty komunity zůstávají zcela v ní.

Druhý typ rovnováhy charakteristické pro některé ekosystémy tekoucí vody, jejíž organická hmota vzniká nejen v důsledku fungování autotrofů, ale také jako příliv zvenčí. Rovnováha zde znamená, že „celkové dýchání“ se rovná hrubé produkci samotné komunity, doplněné o přísun organické hmoty zvenčí.

Třetí typ rovnováhy(v zemědělských ekosystémech) naopak zahrnuje neustálé stahování části produktu. V takových ekosystémech je proto rovnováhy dosaženo pouze tehdy, když se „celkové dýchání“ rovná množství produkce, která v systému zůstává poté, co je část odstraněna.

Pokud je „celkové dýchání“ menší než hrubá primární produkce, dojde v ekosystému k akumulaci organické hmoty, pokud je více, dojde k jejímu zániku. Obojí povede ke změně komunity. Když je zdroje nadbytek, vždy se najdou druhy, které ho dokážou využít. Pokud je nedostatek zdrojů, některé druhy vyhynou. Hlavním rysem tohoto procesu je, že ke změnám ve společenství dochází vždy ve směru rovnovážného stavu.

Stabilita Ekosystém po dlouhou dobu předpokládá relativní stabilitu populací svého druhu. Dlouhodobé může být pouze tehdy, jsou-li změny prostředí způsobené některými organismy přesně kompenzovány činností jiných s opačnými ekologickými požadavky. Tato podmínka je porušena, když je narušen oběh látek, a pak jsou některé populace, které neodolají konkurenci, nahrazeny jinými, pro které jsou tyto podmínky příznivé, a dochází k obnovení homeostázy.

Postavení populace druhu v ekosystému je dáno jednak souborem požadavků na abiotické podmínky, jednak souborem souvislostí s populacemi jiných druhů a formou účasti na obecném funkce biocenózy. Místo organismu v přírodě a celý vzorec jeho životní činnosti (tzv. životní stav), včetně jeho vztahu k faktorům prostředí, druhům potravy, době a způsobu krmení, místům rozmnožování a úkrytu atd. definováno jako ekologická nika. Dlouhodobé soužití v rámci jednoho vícedruhového společenstva vedlo k evolučnímu utváření takového systému vztahů v ekosystémech, v nichž každý druh prostorově a funkčně zaujímá v biocenóze určitou pozici, tzn. zaujímá své ekologické místo.

Soubor druhů, složení a složitost trofických sítí a nejstabilnější formy interakce mezi populacemi v ekosystému odrážejí adaptabilitu na vlastnosti prostředí a jsou zaměřeny na udržení cirkulace v těchto podmínkách.

Důležitou vlastností ekosystémů je jejich udržitelnost, která označuje schopnost ekosystému vrátit se do původního (nebo jemu blízkého) stavu po vystavení faktorům, které jej vyvedou z rovnováhy. Největší stabilitu z výše uvedených důvodů charakterizují ekologické systémy s mnoha relativně malými druhy.

§4 Dynamika ekosystémů (sukcese)

Hlavním rysem ekologické rovnováhy ekosystému je jeho mobilita. Každý ekosystém, který se přizpůsobuje změnám vnějšího prostředí, je ve stavu dynamiky. Rozlišuje se cyklická a směrová dynamika. Příkladem cyklické dynamiky je sezónní změna vitální aktivity organismů, nebo periodická změna počtu jednotlivých druhů v dlouhodobé řadě. Směrová dynamika představuje progresivní vývoj ekosystémů. Tento typ dynamiky je charakterizován buď zaváděním nových druhů do ekosystémů, nebo nahrazením některých druhů jinými, což v konečném důsledku vede ke změně biocenóz a ekosystémů jako celku. Změny v druhové struktuře a biocenotické procesy v ekosystému se nazývají ekosystémová sukcese. Sukcese je tedy proces postupných změn ekosystémů, ke kterým dochází v průběhu času s postupnou řízenou změnou podmínek prostředí.

Rozsáhlé změny geografické situace nebo typu krajiny pod vlivem přírodních katastrof nebo lidských aktivit vedou k určitým změnám stavu biogeocenóz území a k postupnému nahrazování některých společenstev jinými. Takovým změnám se říká ekologické posloupnosti(z lat. . posloupnost– kontinuita, konzistence).

Yu.Odum (1986) chápe ekologickou sukcesi jako celý proces vývoje ekosystému. Konkrétnější definici tohoto jevu uvádí N. F. Reimers (1990): "Posloupnost- postupná změna biocenóz, vznikající postupně na stejném území (biotopu) pod vlivem přírodních faktorů (včetně vnitřních rozporů samotných biocenóz) nebo vlivem člověka.“

Ekologická sukcese nastává v určitém časovém úseku, během kterého se mění druhová struktura společenstva a abiotické prostředí jeho existence až do kulminace jeho vývoje - vzniku stabilizovaného systému. V užším slova smyslu jde o posloupnost komunit, které se v dané oblasti vzájemně nahrazují.

Pokud se autotrofní organismy objeví v prvním okamžiku, nazývá se sukcese autotrofní. Například zástavba lesa na opuštěném poli. Druhové složení organismů se rok od roku mění a ve společenstvu se hromadí organická hmota.

Heterotrofní posloupnost charakterizuje počáteční převaha heterotrofních organismů a vyskytuje se v případech, kdy je prostředí přesyceno organickou hmotou. Zásoby energie jsou zde zpočátku maximální a postupně klesají, pokud ovšem není zavedena další organická hmota.

Tok energie procházející společenstvem se během heterotrofní sukcese snižuje. Končí po vyčerpání přebytečné organické hmoty. Naproti tomu u autotrofního typu sukcese se může energetický tok dokonce zvýšit.

K tomu, aby došlo k posloupnosti, je nutný volný prostor a v závislosti na počátečním stavu substrátu tam je hlavní A sekundární posloupnost.

Primární posloupnost– to je, pokud tvorba společenstev začíná na původně volném substrátu a sekundární posloupnost– jde o důsledné nahrazení jednoho společenství, které existovalo na daném substrátu, jiným, dokonalejším pro dané abiotické podmínky.

Primární posloupnost umožňuje sledovat vznik komunit od samého počátku. Může se vyskytovat na svahu po sesuvu nebo sesuvu půdy, na pískovišti vzniklém při ústupu moře a změně koryta řeky, na obnažených eolických píscích pouště, nemluvě o antropogenních poruchách: čerstvé zářezy, aluviální pás mořské pobřeží, umělé nádrže.

Typickým příkladem je osídlení skalních výchozů. Nejprve se na skalách objevují lišejníky a řasy, vzniká komplex druhů mikroskopických řas, prvoků, háďátek, některých druhů hmyzu a roztočů, který přispívá k tvorbě primární půdy. Později se objevují další formy lišejníků a specializované druhy mechů, pak se usazují cévnaté rostliny a obohacuje se fauna.

Obrázek 4 ukazuje diagram vývoje typické pozemské primární sukcese.

Obr.4.

Diagram vývoje typické pozemské primární sukcese.

Smrkový les je v klimatických podmínkách severu posledním klimaxovým stupněm vývoje ekosystému, tedy již původním biocenóza. Nejprve se zde vyvíjejí březové, olšové a osikové lesy, pod jejichž klenbou rostou smrky. Postupně břízu přerůstají a vytlačují, přičemž zabírají prostor (obr. 5). Semena obou druhů stromů jsou snadno přenášena větrem, ale i když klíčí současně, bříza roste mnohem rychleji - o 6-10 let, smrk sotva dosahuje 50-60 cm a bříza - 8-10 m.

Rýže. 5.

Náhrada březového lesa smrkovým lesem (podle I. N. Ponomareva, 1978)

Pod již uzavřenými korunami bříz vzniká jejich vlastní mikroklima, hojnost listového opadu přispívá k tvorbě speciálních půd, usazuje se mnoho živočichů, objevuje se rozmanitý bylinný pokryv a vznikají konsorcia břízy s okolím. A smrk roste v tak příznivém prostředí dál a konečně mu bříza nemůže konkurovat prostorem a světlem a je nahrazena smrkem.

Klasickým příkladem přirozené sukcese je stárnutí jezerních ekosystémů - eutrofizace. Vyjadřuje se v zarůstání jezer rostlinami od břehů do středu. Existuje celá řada etapy přerůstání– od počátečního – nejdále od břehu - k dosaž blízko břehu. Tyto fáze jsou znázorněny a popsány na Obr. 6.

Rýže. 6.

Zarůstání eutrofní nádrže stojatou nebo nízkoprůtočnou vodou(Solovjev, 1983)

(tečkovaná čára ukazuje spodní hladinu vody)

zóny: 0 - volně plovoucí rostliny 1 – nízko (spodní) ponořené rostliny, 2 – vysoké ponořené rostliny, 3 – rostliny s plovoucími listy, 4 – vysoké emergentní rostliny, 5 – nízké a středně vysoké emergentní rostliny, 6 – bažina černé olše.

Sedimenty: 1 - sapropelit, 2- 3 – sapropelitová rašelina, 4 – rákos a rákosová rašelina, 5 – ostřicová rašelina, 6 – lesní rašelina

Nakonec se jezero promění v rašeliniště, které představuje stabilní klimaxový ekosystém. Ale ani to není věčné - na jeho místě může postupně vzniknout lesní ekosystém díky zemské sukcesi v souladu s klimatickými podmínkami oblasti,

Eutrofizace nádrže je do značné míry určována zavedením živin zvenčí. V přirozených podmínkách jsou živiny odváděny z povodí. Tato eutrofizace má rysy primární progresivní sukcese.

Sekundární posloupnost je zpravidla důsledkem lidské činnosti. Zejména výše popsaná změna vegetace při vzniku smrkového lesa nastává nejčastěji v důsledku sekundární sukcese, ke které dochází při mýcení již dříve existujícího lesa (smrkový les). Sekundární sukcese končí stabilním stádiem společenství po 150-250 letech a primární sukcese trvá 1000 let.

Sekundární, antropogenní sukcese se projevuje i eutrofizací. Rychlé „rozkvětu“ vodních ploch, zejména umělých nádrží, je výsledkem jejich obohacování živinami způsobených lidskou činností. „Spouštěcím mechanismem“ procesu je obvykle bohatá zásoba fosforu, méně často dusíku a někdy uhlíku a křemíku. Fosfor obvykle hraje klíčovou roli.

Biocenóza je téměř úplně degenerovaná. Jsou pozorovány masivní úhyny ryb. Ve zvláště závažných případech získává voda barvu a konzistenci hrachové polévky a nepříjemný hnilobný zápach: je vyloučen život aerobních organismů.

Nazývá se postupná řada společenství, která se postupně a přirozeně nahrazují za sebou následná řada. V přírodě je pozorován nejen v lesích, bažinách a jezerech, ale také na kmenech odumírajících stromů a v pařezech, kde dochází k přirozené obměně saprofytů a saprofágů, v loužích a rybnících atd. Jinými slovy, sukcese jsou různého měřítka a hierarchické, stejně jako samotné ekosystémy.

Každý stupeň sukcese představuje specifické společenství s převahou určitých druhů a forem života. Jednotlivá stadia vývoje posloupnosti se nazývají sériové stupně a stav konečné rovnováhy je menopauza.

Sukcese způsobené působením vnějších faktorů se nazývají exogenetické.Takové sukcese mohou být způsobeny např. změnou klimatu v jednom směru (ochlazení nebo oteplení) a dalšími změnami abiotických podmínek. Takové změny mohou nastat v průběhu staletí a tisíciletí a nazývají se sekulární posloupnosti. Pokud v důsledku změn podmínek prostředí některé druhy vyhynou, zatímco jiné se pod vlivem přirozeného výběru změní, je tento proces považován za evoluční posloupnost.

Dojde-li k posloupnosti v důsledku vnitřních interakcí, je tzv endogenetické. Endogenetická sukcese je v přírodě pozorována tehdy, když společenství v procesu svého vývoje změní prostředí tak, aby se stalo příznivějším pro jiné společenství. Vznikající nová komunita zase činí prostředí pro starou komunitu ještě nepříznivější. Existuje proces změny ekosystémů, který prochází několika fázemi, dokud není dosaženo konečné populační rovnováhy. Posloupnost končí vytvořením společenství přizpůsobeného klimatickým podmínkám, schopného se neomezeně udržovat, jehož vnitřní složky jsou vyváženy navzájem i s prostředím. Nazývá se komunita dokončující sukcesi – stabilní, sebeobnovující se a v rovnováze s prostředím klimaxová komunita.

Jak rychle se ekosystémy mění, závisí na tom, do jaké míry se posouvá jejich rovnováha. Sukcese je přirozený proces vývoje ekosystému. Během sukcese dochází ke změnám pomalu a postupně. Ve všech fázích procesu nahrazování některých druhů jinými je systém poměrně vyvážený. V procesu sukcese vznikají stále složitější biocenózy a ekosystémy a zvyšuje se jejich produktivita.

Pokud dojde k náhlým, dramatickým změnám, které způsobí „populační explozi“ některých druhů na úkor smrti většiny ostatních druhů, hovoří o ekologickém narušení.

K poruchám může dojít v důsledku invaze introdukovaných druhů nebo v důsledku bezmyšlenkovitého vlivu člověka na přírodu. Neustálé zvyšování antropogenní zátěže přírodních ekosystémů (odvodňování bažin, nadměrné zatížení lesů např. v důsledku rekreace, požáry, zvýšená pastva, chemické znečištění prostředí) vede v moderních podmínkách často k poměrně rychlé změně v jejich struktuře. Antropogenní vlivy často vedou ke zjednodušení ekosystémů. Takové jevy se obvykle nazývají digrese (například pastviny, rekreační a jiné digrese). Když jsou poruchy tak velké, že prakticky žádná složka ekosystému není zachována, mluví se o jeho zničení. Po smrti ekosystému může na uvolněné oblasti začít nová posloupnost.

Mnoho ekosystémů existuje desítky nebo dokonce stovky let.

Stabilita ekosystémů je jejich schopnost odolávat výkyvům vnějších faktorů a zachovávat si svou strukturu a funkční vlastnosti. Pro udržení takové udržitelnosti ekosystémů je nutné vyrovnat toky hmoty a energie, výměnné procesy mezi organismy a jejich prostředím. Udržitelný ekosystém musí přijímat látky z prostředí v požadovaném množství a zbavovat se odpadu. Podle způsobu udržování udržitelnosti se ekosystémy dělí na otevřené a uzavřené.

Otevřené ekosystémy nepřetržitě přijímají energii a hmotu z prostředí. V takových ekosystémech neustále probíhají procesy akumulace a rozkladu hmoty. Tento typ zahrnuje přírodní ekosystémy, rovnováha v nich je udržována spontánně.

V uzavřených ekosystémech nedochází k neustálé výměně hmoty a energie s prostředím. Systém se nedokáže zbavit nepotřebných produktů. V tomto případě může být rovnováha udržována uměle. Bez vnějšího zásahu jsou uzavřené systémy nestabilní a rychle ztrácejí stabilitu.

Ekologická rovnováha je relativní stálost druhového složení živých organismů, jejich počet, produktivita, rozložení v prostoru, ale i sezónní změny, biologická cirkulace látek a další biologické procesy v ekosystému, vedoucí k dlouhodobé existenci tohoto ekosystému. Samozřejmě, že žádný ekosystém není absolutně stabilní nebo nehybný: počet některých druhů se periodicky zvyšuje, zatímco počet jiných klesá. Takové procesy se vyskytují pravidelně a obecně nevyvádějí systém z rovnováhy. Hlavním rysem ekologické rovnováhy je proto její mobilita. Existují dva typy rovnovážné mobility:

Vratné změny v ekosystému jsou změny, ke kterým dochází od jara do jara v ekosystému při zachování druhové skladby;

Ekologická sukcese (lat. succesio - kontinuita, dědičnost) je sekvenční změna ekosystémů, které vznikají na stejném území nebo vodní ploše (biotopu) vlivem přírodních nebo antropogenních faktorů. Podle výchozího stavu substrátu, na kterém se sukcese vyvíjí, se rozlišuje primární a sekundární sukcese.

Primární sukcese je proces vývoje ekosystémů v dříve neobydlených oblastech, počínaje jejich kolonizací. Například osidlování ostrovů vyplývající ze sopečné činnosti. Nebo zarůstání holé skály, nejprve lišejníky, pak mechy, trávami a dalšími rostlinami. V procesu primární sukcese se tvoří nejen fytocenózy (řecký fyton - rostlina, koinos - obecný), tzn. rostlinné biocenózy, ale i půdu.

Sekundární sukcese je obnova ekosystémů, které kdysi v daném biotopu existovaly. Taková místa obvykle uchovávají bohaté životní zdroje. Sekundární sukcese proto vedou ke vzniku biocenóz mnohem rychleji než primární.

Existují autotrofní a heterotrofní sukcese.

Autotrofní sukcese nastává pod vlivem sluneční energie, zatímco ve společenstvu převažují autotrofní organismy. Během autotrofní sukcese se společenstvo stává komplexnějším a zvyšuje se stabilita ekosystémů.

Příkladem autotrofní sukcese je ekosystém, který se začíná zotavovat po lesním požáru (obr. 5). Po 1-2 letech zarůstá plocha ohně trávou, po několika letech se objevují první keře, po 20-25 letech je plocha pokryta lesem: nejprve rostou listnaté a poté stínomilné jehličnany.

Obr.5. Autotrofní sukcese při lesním požáru

Heterotrofní sukcese je typická pro ty případy, kdy je v ekosystému přebytek organické hmoty (znečištěné vodní plochy, tlející zbytky rostlin apod.) V tomto případě převažují ve společenstvu heterotrofní organismy, takže se nezvyšuje zásoba energie, ale klesá. Výsledkem heterotrofní sukcese je buď smrt všech organismů, nebo výrazné zjednodušení společenstva.

Příkladem heterotrofní sukcese je „stárnutí“ vodních útvarů. Lze rozlišit dvě hlavní fáze nástupnictví: vývoj a zrání. Tyto stupně se vyznačují různými vlastnostmi a různou mírou stability.

Vyzrálé systémy mají větší schopnost zadržovat látky ve výměnném fondu. Gyry v nich jsou většinou uzavřené. Zvyšování stability ekosystémů během sukcese vede k tomu, že každá následující fáze trvá déle než ta předchozí.

Vyspělé systémy jsou v čase nejstabilnější. Mohou být ale také zničeny během přírodních katastrof a katastrof způsobených člověkem. Pokud vezmeme v úvahu velká časová období, ukáže se, že jakákoli posloupnost je cyklický proces. Cykly se nemusí úplně opakovat a mohou trvat různě dlouhou dobu, ale cykličnost zůstává.

Podle důvodů, které způsobily změnu v ekosystémech, se sukcese dělí na autogenní a alogenní.

Autogenní sukcese (samogenerující se) vznikají z vnitřních příčin (změny prostředí pod vlivem společenstva), alogenní (generované zvenčí) jsou způsobeny vnějšími příčinami (například změna klimatu).

V posledních fázích sukcese se obvykle vytvářejí stabilní společenstva, která se nazývají klimax.

Klimaxové společenství, klimax (řecky klimax - žebřík) se vyznačuje nejvyšší produktivitou a největší rozmanitostí.

Schopnost populace nebo ekosystému udržovat pohyblivě stabilní rovnováhu při změně podmínek prostředí se nazývá ekosystémová homeostáza.

Mechanismus udržování homeostázy je založen na dvou principech:

Principem koloběhu je opakované využívání živin v ekosystému. Tím jsou zásoby nerostných surovin v ekosystému prakticky nevyčerpatelné.

Principem „zpětné vazby“ je, že odchylka ekosystému od rovnovážného stavu uvede do pohybu síly, které jej vrátí do rovnovážného stavu.

BIOSFÉRA

4.1. BIOSFÉRA – ŽIVÉ PROSTŘEDÍ ZEMĚ

Biosféra, jak ji V.I. Vernadsky definoval jako „zónu života“, pokrývá spodní část atmosféry (troposféru), celou hydrosféru a horní část litosféry (půdu). Jinými slovy, biosféra je globální biotop obývaný všemi živými organismy, včetně člověka.

Biosféra je soubor částí geosfér (lito-, hydro- a atmosféra), který je osídlen živými organismy, je pod jejich vlivem a je obsazen produkty jejich životně důležité činnosti. Netvoří hustou vrstvu s jasnými hranicemi, ale spíše „prostupuje“ další geosféry planety. Horní hranice biosféry sahá od zemského povrchu k ozonové vrstvě, jejíž maximální hustota je ve výšce 20-25 km. Organismy nemohou žít nad touto hranicí: škodlivě na ně působí ultrafialové záření ze Slunce a velmi nízké teploty (-56 °C).

Téměř celá hydrosféra, včetně nejhlubšího příkopu (Mariana) světového oceánu (11022 m), je obsazena životem.

Spodní hranice biosféry probíhá podél oceánského dna v hydrosféře a v hloubce 3,0-3,5 km v zemské kůře kontinentální zóny, kde teplota vnitrozemí dosahuje 100 °C a výše. Tato teplota je také destruktivní pro všechno živé.

Země nejhustěji osídlená organismy jsou povrchové vody oceánu a jeho dno v malých hloubkách (do 250 m), kam pronikají sluneční paprsky. Jsou zde obzvláště příznivé podmínky pro život.

Průměrná tloušťka biosféry je o něco více než 20 km. Ve srovnání s průměrem zeměkoule (13 000 km) je biosféra tenký film. V horských ledovcích však ve výškách do 6 km žijí společenstva klíšťat, mezi ptáky může kondor vystoupat až do výšky 7 km; v hlubinách oceánu (až 11 km) jsou společenstva živočichů a mikroorganismů, v podzemních ropných vodách pevniny v hloubkách až 15 km se vyskytují společenstva bakterií (chemoautotrofů).

Hmotnost biosféry se odhaduje na asi 1,5 10 21 kg.

Biosféra má systém vlastností, které zajišťují její fungování, samoregulaci, stabilitu a další parametry. Hlavní vlastnosti jsou následující.

1. Biosféra je centralizovaný systém. Jeho ústředním prvkem jsou živé organismy (živá hmota).

2. Biosféra je otevřený systém. Pro udržení života na Zemi je nutné přijímat energii zvenčí a část této energie se odráží a jde do vesmíru.

3. Biosféra je samoregulační systém , který, jak poznamenal V.I.Vernadsky, se vyznačuje organizací. V současné době se tato vlastnost nazývá homeostáza.

4. Biosféra je systém vyznačující se velkou rozmanitostí. Biosféra jako globální ekosystém se mezi ostatními systémy vyznačuje největší diverzitou. Pro každý přírodní systém je rozmanitost jednou z jeho nejdůležitějších vlastností. S tím je spojena možnost duplikace, zálohování, nahrazení některých vazeb jinými, míra složitosti a síly potravy a další vazby. Diverzita je proto považována za hlavní podmínku udržitelnosti jakéhokoli ekosystému a biosféry jako celku.

5. Přítomnost v biosféře mechanismů, které zajišťují oběh látek a s tím spojená nevyčerpatelnost jednotlivých chemických prvků a jejich sloučenin.

Biosféra je komplexní přírodní systém. To zahrnuje:

Živá hmota je souhrn těl živých organismů žijících na planetě Zemi;

Biogenní látka je látka vytvořená a zpracovaná živými organismy (uhlí, vápence, bitumeny);

Inertní hmota je látka, na jejímž vzniku se nepodílí život (horniny, plyny);

Bioinertní látka je látka, která vzniká současně živými organismy a inertními procesy (přírodní voda, půda, slaná mořská voda, zvětrávání kůry, troposféra);

Radioaktivní prvky mají složité izotopové složení, přicházející z hlubin, rozptýlené a rozptýlené, vytvářející a měnící energii biosféry;

Rozptýlené atomy;

Látka kosmického původu (meteority, kosmický prach).

Živé organismy výrazně změnily vzhled naší planety, přeměnily zemskou kůru, hydrosféru a spodní vrstvy atmosféry. A v současnosti se podílejí na ničení hornin, na tvorbě půdy, minerálů, například rašeliny, a regulují obsah kyslíku a oxidu uhličitého v atmosféře.

I v raných fázích evoluce se živá hmota šířila po neživých prostorech planety, zabírala všechna místa potenciálně přístupná životu, měnila je a proměňovala je v stanoviště. V.I. Vernadsky nazval tuto schopnost distribuovat živou hmotu „všudypřítomností života“.

V.I.Vernadsky považoval živou hmotu za nejmocnější geochemický a energetický faktor, vůdčí sílu vývoje planet. Vrcholem vývoje živé hmoty na Zemi byl člověk, který získal nejen vědomí (dokonalá forma odrazu okolního světa), ale také schopnost vyrábět a používat nástroje ve svém životě. Prostřednictvím nástrojů začalo lidstvo vytvářet umělé prostředí, své stanoviště a vývoj biosféry vstoupil do nové fáze – fáze noosféry. Noosféra (řecky noos - mysl, sphaira - koule) je sféra mysli, nejvyšší stupeň vývoje biosféry, kdy se inteligentní lidská činnost stává hlavním určujícím faktorem jejího globálního rozvoje. Termín „noosféra“ byl poprvé zaveden v roce 1927 francouzským filozofem E. Leroyem, aby označil skořápku Země, včetně lidské společnosti s jejím průmyslem, jazykem a dalšími typy inteligentních aktivit. V.I. Vernadsky napsal: „Noosféra je nový geologický fenomén na naší planetě. V něm se člověk poprvé stává největší geologickou silou. Může a musí svou prací a myšlením přestavět oblast svého života, radikálně ji přebudovat ve srovnání s tím, co bylo předtím.“