Земной шар имеет форму эллипсоида вращения: радиус окружности экватора (6378 км) немного больше радиуса окружности, проходящей через полюса (6356 км). Земля вращается вокруг своей оси со скоростью 1667 км/ч. Скорость вращения Земли вокруг солнца 29,8 км/с. Площадь поверхности Земного шара 510 мл км2. На этой площади моря и океаны занимают 71%, а суша 29%.
Наша планета представлена следующими сферами:
· атмосфера;
· литосфера;
· гидросфера.
Академик Вернадский развил учение о четвертой, контактной сфере,– биосфере. Биосфера охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые взаимосвязаны сложными биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии (по В. И. Вернадскому, — биогенная миграция атомов. Биосфера – область существования живого вещества. Вернадский показал, что в естественном состоянии окружающая среда находится в динамическом равновесии .
Состояние динамического равновесия в атмосфере поддерживается за счет следующих циклов:
Гидрологический цикл – основной цикл, с которым связано непрерывное образование пресной воды. Источником энергии для его поддержания является солнечная энергия. На Земле, возраст, которой примерно 4,43 млрд. лет, в течение первого млрд. лет, накапливался объем воды, образовавший мировой океан. В течение последующих 4,5 млрд. лет общий объем воды на Земле изменялся в небольших пределах. Вследствие растворения минералов содержащихся в Земной коре, гидросфера представлена в основном соленой водой. Средняя концентрация солей в морской воде 35 г/л, такая вода непригодна для питья.
Питьевая вода должна иметь минерализацию не более 1г/л. Она образуется на континентах в процессе гидрологического цикла. За счет энергии солнечной радиации, поступающей к Земной поверхности, испаряются непрерывно громадные объемы воды. С поверхности океана испаряется 505 тыс. км3 воды за год. С поверхности континентов испаряется 72 тыс. км3 воды за год. Испарившаяся вода поднимается в атмосферу. С подъемом на каждые 100 метров воздух охлаждается приблизительно на 0,6оС, следовательно, пар конденсируется, сгущается в облака, из которых выпадает на землю в виде осадков. Таким образом, вся испарившаяся вода практически без потерь возвращается на Землю в виде дождя и снега, и эта возвратившаяся вода будет пресной, так как соль при испарении остается в воде. В пределах океана испарение превышает осадки. Над сушей наоборот, осадки превышают испарение. Избыток воды, образующийся на суше, формирует сток рек и подземных вод, и поскольку океан расположен на более низких уровнях избыток воды с суши под действием силы тяжести стекает в океан, таким образом, потери воды в океане компенсируются притоком воды с суши. Два века назад эту идею обосновал Э. Галилей.
Рассмотрим абиотические циклы питательных элементов. Кроме воды исключительно важную роль для поддержания жизни играют следующие элементы: кислород, углерод, азот, фосфор, сера и ряд других. Многие из перечисленных элементов образуют соединения, растворимые в воде. Растворяясь в воде, они участвуют в гидрологическом цикле и со стоком рек поступают в океан. Если эти элементы могут принимать газообразную форму, то, поднимаясь из океана в атмосферу, они вместе с атмосферными осадками попадают на сушу. Круг замыкается.
Вывод: через гидрологический цикл происходит непрерывная циркуляция других питательных элементов и тем самым в биосфере поддерживается необходимое их содержание.
Азот, содержащийся в атмосферном воздухе, проникая в почву, преобразуется в ней в водорастворимые соединения с участием клубеньковых бактерий в корневой системе бобовых культур.
Фосфор не образует газообразных соединений, поэтому он накапливается в океане. Морские птицы, поедая богатую фосфором пищу, переносят фосфор на сушу: птичий помет богат фосфором.
Циклы с участием живых организмов, – биогеохимические.
Путь химических элементов из неорганической природы в органическую природу, и обратно, это и есть биогеохимический цикл. Звенья биогеохимического цикла:
§ Зеленые растения (продуценты). Используют солнечную энергию, углекислоту, воду, создают органическое вещество (углеводы). Реакция фотосинтеза: 6СО2+6Н2О=С6Н12О6 +6О2. Таким образом, именно с растений начинается образование органического вещества из. Образуются углеводы, растительные белки и жиры.
§ Животные (консументы). Поедают и усваивают органическое вещество растений, потребляют О2 из воздуха, создают органическое вещество (животные белки и жиры).
§ Насекомые, грибы, бактерии и некоторые животные выступают как редуценты (деструкторы). Они поедают мертвые тела животных и растений и превращают их в простейшие органические и минеральные соединения. Благодаря редуцентам, органическое вещество возвращается в неорганическое состояние, а возникающая при этом среда становится благоприятной для развития почвообразовательного процесса и последующего и возврата минеральных элементов в биогеохимический цикл.
Если не нарушать природный процесс внешними неблагоприятными воздействиями, то природа сама создает условия для непрерывного существования биосферы. Причем, характерной особенностью круговорота элементов в биосфере является отсутствие вредных отходов.
