Природные экосистемы Земли как хорологические единицы биосферы

   - лентические экосистемы – озёра и пруды – стоячие воды;

   - лотические экосистемы – родники, ручьи, реки – текучие воды;

   - заболоченные участки, с колеблющимся уровнем по сезонам и годам – марши и болота.

   Лимитирующие  факторы водной среды - температура, прозрачность, течение, соленость и др. Многие водные животные - стенотермны - для них опасно даже небольшое тепловое загрязнение. Для жизни в водоёмах очень важна прозрачность воды. Прозрачность - глубина зоны, в которой возможен фотосинтез при проникновении солнечного света. Течение влияет на распространение организмов и содержание газов и солей. Важнейшим лимитирующим фактором является концентрация кислорода. Лимитирующие из биогенных солей - нитраты и фосфаты. Разница в концентрации солей у гидробионта с окружающей водной средой может повышать или понижать давление жидкости в теле рыбы, и то и другое ведет к ее гибели. Поэтому пресноводные рыбы не могут жить в море, а морские - в пресноводном водоеме. Но есть рыбы со специальным механизмом осмотической регуляции, способные жить в обеих средах (лосось и др.), потому что у них есть специальные механизмы осмотической регуляции.

   Пищевые цепи в водоемах хорошо развиты и представлены организмами всех трофических уровней. Продуценты представлены автотрофами, консументы – полным набором от растительноядных и хищников до паразитов, редуценты – отличаются разнообразием, так как связаны с природой субстрата. Водные организмы, с экологических позиций, классифицируются по местообитанию в водоеме: бентос - организмы, живущие на дне; перифитон – животные и растения, прикрепленные к стеблям водных растений или к другим выступам над дном водоема; планктон - организмы плавают в поверхностном слое воды; нектон - свободно перемещающиеся в воде организмы.

   Особое  значение имеет распределение организмов по трем зонам водоема. Литоральная зона - толща воды, где солнечный свет доходит до дна. Лимническая зона - толща воды до глубины, куда проникает всего один процент от солнечного света и где затухает фотосинтез. Эвфотической зоной называют всю освещенную толщу воды в литоральной и лимнической зонах. Профундальная зона - дно и толща воды, куда не проникает солнечный свет. В проточных водоемах последние три зоны не выражены, хотя их элементы встречаются - перекаты и плесы.

   Лентические экосистемы. Озера - естественные пресноводные водоемы. Наличие у большинства озер профундальной зоны сказывается на температурном режиме водной толщи, на ее «перемешивании» и распределении кислорода в ней. Эти процессы сезонны, как и стратификация озера по температурному режиму. Известно, что наибольшую плотность, равную 1 г/см³, вода имеет при 4° С, а выше и ниже этой отметки плотность ее понижается. В весенний и осенний периоды, когда вода на поверхности водоема имеет температуру + 4° С, происходит ее перемешивание, а в летний и зимний периоды - наступают стратификация водоема и периоды стагнации. Цветение фитопланктона приурочено к перемешиванию, когда в фотической (освещенной) зоне появляются воды, обогащенные биогенными компонентами. С точки зрения продуктивности озера подразделяются на две группы:

   1) олиготрофные (малокормные);

   2) эвтрофные (кормные).

   Водохранилища создаются человеком при возведении гидроэнергетических и гидромелиоративных комплексов. Это уже не природная экосистема, а природно - техническая система. Распределение тепла и биогенов в ней зависит от типа плотины. Если вода сбрасывается придонная, то в этом случае водохранилище аккумулирует тепло и экспортирует биогенные вещества. Если сброс идет поверх плотины, то экспортируется тепло и аккумулируются биогены. Через глубоководные шлюзы в реку поступает и более соленая вода, а  биогены  вызывают  эвтрофикацию участка реки.

   Лотические  экосистемы - реки - отличаются от стоячих водоемов тремя основными условиями:

   1) течение - важный лимитирующий и контролирующий фактор;

   2) обмен между водой и сушей значительно более активен;

   3) распределение кислорода более равномерно, так как практически отсутствует стратификация. В больших реках наблюдается продольная зональность: в верховьях - сообщества перекатов, в низовьях - плесов, между ними местами возникают и те и другие. К низовьям видовой состав рыб обедняется, но увеличиваются их размеры.

   Заболоченные  угодья и болота. Болота по своему происхождению бывают верховые и низинные. Низинные питаются подземными водами и образуются при зарастании озер, речных стариц и других водоемов, а верховые - атмосферными осадками и могут возникнуть в любом понижении, даже на склонах гор. Болота покрыты водными макрофитами, болотными растениями и кустарниками. Болотные почвы и торфяники содержат много углерода (14 - 20%). Их сельскохозяйственная обработка приводит к выделению в атмосферу большого количества углекислого газа. 

   4. Морские экосистемы

   Морская среда непрерывна и занимает более 70% поверхности планеты. Глубина океана огромна (до 11 км), но жизнь есть во всех его уголках и наиболее богата вблизи суши. Барьерами для передвижения животных являются температура, соленость, глубина, тем не менее, в океане отсутствуют абиотические зоны. Из - за постоянно действующих ветров - пассатов - в океанах и морях происходит постоянная циркуляция воды за счет мощных течений, что исключает дефицит кислорода в глубинах океана. Наиболее продуктивны в Мировом океане области апвеллинга. Апвеллинг - процесс подъема холодных вод с глубины океана там, где ветры постоянно перемещают воду прочь от крутого материкового склона, взамен которой поднимается из глубины вода, обогащенная биогенами. Соленость в них колеблется по сезонам года, поэтому здесь живут эвригалинные организмы, в отличие от таковых в открытом океане (средняя соленость 35 г/л), которые являются стеногалинными. Для морских водоёмов характерна устойчивая щелочная среда: рН = 8,2.

   Биогенные элементы - важный лимитирующий фактор в морской среде, где их содержится несколько частей на миллиард частей воды. Но эти элементы быстро перехватываются организмами, попадая в их трофические цепи, практически не достигнув гетеротрофной зоны (биологический круговорот). Значит, низкая концентрация биогенов еще не говорит об их всеобщем дефиците.

   Главным фактором, дифференцирующим морскую биоту, является глубина моря: материковый шельф резко сменяется материковым склоном, плавно переходящим в материковое подножие, которое опускается ниже к ровному ложу океана - абиссальной равнине. Этим морфологическим частям океана примерно соответствуют следующие зоны: неритическая - шельфу (с литоралью - приливно - отливной зоной), батиальная - материковому склону и его подножию; абиссальная - область океанических глубин от 2000 до 5000 м. Область открытого океана за пределами шельфа называют океанической. Все население океана, так же как и в пресноводных экосистемах, делится на планктон, нектон, бентос. Планктон и нектон, все, что живет в открытых водах, образует так называемую пелагическую зону.

   Самая верхняя часть океана, куда проникает  свет и где создается первичная  продукция, называется эвфотической. Ее мощность в открытом океане доходит до 200 м, а в прибрежной части - не более 30 м. По сравнению с километровыми глубинами, эта зона достаточно тонкая и отделяется компенсационной зоной от значительно большой водной толщи, вплоть до самого дна - афотической зоны.

   Биотические сообщества каждой из указанных зон, кроме эвфотической, разделяются  на бентосные и пелагические. В них к первичным консументам относятся зоопланктон, насекомых в море экологически заменяют ракообразные. Подавляющее число крупных животных - хищники. Для моря характерна очень важная группа животных, которую называют сессилъными (прикрепленными). Их нет в пресноводных системах (морские лилии). Все животные бентоса в своем жизненном цикле проходят пелагическую стадию в виде личинок.

   Область континентального шельфа, ограниченная глубиной моря до 200 м. Самая богатая фауной в океане. Очень богат кормом планктон за счет личинок бентосной фауны. Области апвелинга расположены вдоль западных пустынных берегов континентов. Они богаты рыбой и птицами, живущими на островах. Но при изменении направления ветра приходит спад «цветения» планктона и наступает массовая гибель рыб вследствие развития бескислородных условий (эвтрофикация). Лиманы - это полузамкнутые прибрежные водоемы. Они представляют собой экотоны между пресноводными и морскими экосистемами. Лиманы высокопродуктивны, являются ловушками биогенных веществ. Они служат для откорма молоди. Попадая в сферу хозяйственной деятельности человека, они могут потерять свою продуктивность вследствие загрязнения водной среды. Океанические области - эвфотическая зона открытого океана, бедны биогенными элементами. Это воды «пустыни» по сравнению с прибрежными. Зоны Арктики и Антарктики намного продуктивнее, так как плотность планктона растет при переходе к холодным морям и фауна рыб и китов здесь значительно богаче.

   Экосистемы  глубоководных рифтовых зон океана находятся на глубине около 3000 м и более, в сплошной темноте, где невозможен фотосинтез, преобладает сероводородное загрязнение, есть выходы горячих подземных вод, высокие концентрации ядовитых металлов, и тем не менее здесь существует жизнь. 

   5. Целостность биосферы как глобальной экосистемы

   Закон целостности биосферы можно сформулировать так: биогенный ток атомов между компонентами биосферы связывает их в единую материальную систему, в которой изменение даже одного звена влечет за собой сопряженное изменение всех остальных. Следовательно, целостность биосферы обусловлена непрерывным обменом вещества и энергии между ее составными частями.

   Характеристика  природных экосистем показывает, что экосистемы и ландшафты в  целом представляют единое энергетическое поле, а это значит, целостность  биосферы это и целостность ландшафтной  оболочки Земли и, соответственно, наоборот - целостность ландшафтной оболочки обеспечивает и целостность биосферы. Изменения в общей энергетике ландшафта, например, изменение количества осадков и температуры, влекут за собой и сопряженные изменения  всех звеньев в биосферной его  части - возникает цепная реакция.

   Примером  действия закона целостности являются процессы, происходящие в экосистемах  пустыни Атакама и прилегающей  к ней части океана, которая  находится на западном побережье  Южной Америки, и пустынность  ее обусловлена холодным Перуанским течением (количество осадков 10 - 50 мм/г). Холодные же океанские воды (зона апвеллинга) богаты фито - и зоопланктоном и  рыбой. Но раз в 8 - 12 лет от экватора начинает распространяться теплое течение Эль - Ниньо. Приход этих бедных кислородом малопродуктивных вод приводит к катастрофическому изменению экосистемы: рыба - анчоусы, которых здесь вылавливают до 12 млн. т/год, практически исчезает, (улов падает до 1,8 млн. т), морские птицы, питающиеся рыбой, гибнут или улетают. В этот же период над пустыней Атакама разражаются тропические ливни, вызывающие мощные наводнения, появляются растения - эфемеры и масса насекомых. Пустыня «цветет». Такое состояние может продолжаться до пяти-шести месяцев, но затем снова теплое течение Эль - Ниньо отодвигается к экватору, в район Галапагосских островов, а холодное Перуанское - занимает свое обычное место. И все природные процессы развиваются в обратном направлении.

   Изучение  этого явления в течение многих десятилетий показало, что оно  влияет на значительно большую часть  биосферы - выпадение осадков в  Атакаме приводит к засухе, например, в Судане и Эфиопии, из чего следует, что при решении практических задач рационального природопользования необходимо учитывать закон целостности. Наиболее ярким примером несоблюдения закона целостности служит деградация экосистемы Приаралья. Но в отличие  от приведенного примера, опустынивание  Приаралья и обмеление Аральского моря - процессы не циклические и  не природные, а практически необратимые  антропогенные (ациклические).