Почва и жизнь на Земле
Почвенный покров Земли кажется нам обычным и вечно существующим в природе. Однако это не так. Природа создавала почву в течение 4,5 миллиардов лет! Основой для образования почвы послужили продукты выветривания горных пород. Выветривание — это сложный процесс, результат совместного действия многих физических, химических и биологических факторов. Видео 37.
Условно это отражено в формуле: Горные породы + Солнце + воздух + вода + живые организмы = почва.
Процесс почвообразования никогда не прекращается, конечно, он идет и в наши дни, но очень медленно. Почва находится в постоянном процессе развития — формирования или разрушения.Длительность процесса образования почвенного покрова Земли обусловлена многими факторами. На образование почвы требуются многие тысячелетия. В то же время нерациональное природопользование, губительное для почвы, может уничтожить ее всего за несколько лет.
Как Вы думаете, следует почву отнести к возобновляемым, или невозобновляемым природным ресурсам? Можно ли дать однозначный ответ на этот вопрос?
Благодаря почвенному покрову Земли обеспечивается жизнь растений, животных и человека. Почва — важнейший компонент всех наземных экологических систем Земли и сама является уникальной экосистемой (см. подробнее темы 2 и 3). Она осуществляет связи живых организмов с литосферой, атмосферой и гидросферой. Почва — это объект изучения отдельной науки — почвоведения. Родоначальник почвоведения — выдающийся русский ученый Василий Васильевич Докучаев. В Петербурге находится Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева, который является одним из крупнейших в мире музеев почвенно-экологического профиля. В музее можно получить ответы на вопросы — Что такое почва? Как она образуется? Что на этой почве растет? Кто в этой почве живет? Музей является хранителем богатейшей коллекции почв из различных природных зон мира.
В настоящее время ученые выделяют около ста типов почв. Почему существуют разные типы почв?
Многобразие почв связано, разумеется, с многообразием условий, в которых они формировались. Особенно большое значение имеют климат и свойства тех пород, из которых образовалась почва.
Рассмотрите рисунок и сравните чернозем, дерново-подзолистые и тундровые подзолистые почвы.
Знаете ли Вы, какие типы почвы характеры для Вашей местности? В почве имеется нескольких слоев, связанных между собой. Видео 38. Среди них различают коренную породу, которая подвергается выветриванию при выходах ее на поверхность, и материнскую, из которой формируется верхний слой почвы. Нижележащий слой называется подпочвой.
Уникальное свойство почвы — плодородие. Именно оно обеспечивает существование жизни на Земле. Плодородие почвы обусловлено содержанием в ней гумусных веществ (гумуса). Гумус — это скопление органических веществ, которые образовались при гниении растительных и других остатков живого. Он придает почве черный цвет и обеспечивает рост и развитие растений (т.е. жизнь на Земле). Чем больше в почве гумуса, тем она плодороднее. Больше всего гумуса содержится в черноземных почвах. Видео 39.
Из чего состоит почва?
Примерно 50% пространства в почве занимает воздух, заполняющий промежутки между твердыми частицами. Около 45% массы почвы приходится на долю минеральных веществ, около 5% — на долю органических веществ. Однако эти сведения о составе почвы не дают настоящего представления о ней.
Мы привыкли думать, что почва мало населена, что основная масса живых организмов находится на ее поверхности. Но это совсем не так! Для многих животных она является средой обитания. Все знают, что в почве живут и дождевые черви, и личинки насекомых, и сами насекомые. Почва служит местом гнездования и строительства жилищ для многих птиц и других животных. Расчеты ученых показывают, что масса живого в почве составляет ? массы живых обитателей лесов и более ? массы живого степной растительности.
Установлено, что чем меньше размеры организмов, тем больше их число в почве. Так, в 1 м 3 почве находится несколько десятков миллионов червей и насекомых. А в 1 грамме почвы содержится более миллиона простейших микроорганизмов. В целом количество почвенных микроорганизмов на Земле ученые оценивают приблизительно в один миллиард тонн! Однако значение живых организмов в почвенных процессах определяется не их массой, а той огромное работой, которую они совершают. Видео 40.
Мы не замечает работу почвенных бактерий, которые непрерывно перерабатывают отмирающие части растений и других организмов. Но если бы она прекратилась, поверхность Земли была бы завалена этими остатками. Трудно представить, что было бы с нашей прекрасной Планетой через какие-нибудь сто лет! А дождевые черви, как известно, питаясь, заглатывают почву. Если в одном гектаре почвы обитает около 140 тысяч дождевых червей, то их масса составляет 500 кг! А это значит, что за один год они пропускают через свой организм около десяти тонн почвенной массы!
В чем заключается биосферная функция почвы?
Важно понимать, что для характеристики почвы недостаточно знать ее состав. Научное знание о почве связано с пониманием того, что она представляет собой сложное природное тело, имеющее определенное строение(структуру). Будем помнить: Почва — это не механическая смесь различных веществ. Почва — это сложнейшая система взаимодействия минеральных, органических веществ и живых организмов.
Благодаря их взаимодействию почва выполняет свои биосферные функции. Но, повторим, оно обеспечивается не только составом, но и строением почвы.
Почва состоит из очень мелких частиц. В пленке воды, обволакивающей почвенные частицы, живут микроскопические организмы. Более крупные поселяются между частицами почвы, как в пещерах. И те, и другие составляют с почвой единое образование. Тем, что живут на поверхности частиц, необходим воздух, а те, что находятся внутри частиц, способны жить без воздуха.
Питание, дыхание и все другие процессы жизнедеятельности живых организмов приводят к множеству изменений в составе почвы. При этом они вовлекают в эти процессы вещества, содержащиеся в воздухе и растворенные в воде, а сами выделяют образовавшиеся в процессе их жизнедеятельности новые вещества.
Таким образом, почва выполняет свою биосферную функцию как конечного звена, обеспечивающего создание всей биомассы Планеты.
Разрушение почвы может происходить как в результате природных процессов, так и под влиянием нерациональных действий человека.
Разрушение почвенного покрова на месте рубки леса
Такие природные процессы, как наступление ледников, извержение вулканов, образование гор, землетрясения, ураганы, смерчи или наводнения, не могут не влиять на состояние земной коры и на процессы почвообразования. Но естественная эрозия почвы(разрушение и снос верхних наиболее плодородных слоев в результате действия воды и ветра) — это медленный непрерывный процесс, одновременно с которым формируется новый почвенный слой. В отличие от естественной,антропогенная эрозия почвы вызвана вмешательством человека в природную среду в хозяйственных целях. Нерациональное использование полей и пастбищ, вырубка леса, осушение водоемов и тому подобное — все это может уничтожить плодородие почвы за очень короткий срок.
Например, первые поселенцы в Америке так нещадно эксплуатировали землю, что за 100 лет погубили 20% пахотных земель. Почва также разрушается вследствие заболачивания, опустынивания.
Горькое свидетельство безоглядной эксплуатации человеком природы — это и пустыни Северной Африки, и Прибалтийские дюны, и эродированные пространства в Австралии, Пакистане, в Индии и Канаде. Только в европейской части нашей страны насчитывается до 2 миллионов оврагов, которые образовались в основном вследствие распашки земли. Ежегодно земельные угодья теряют слой плодородной почвы, на создание которого природа затратила тысячи лет. Почвоведы называют эрозию настоящей трагедией.
Ученые считают, что для сохранения экологической устойчивости территории в каждой природной зоне должно соблюдаться определенное соотношение пашен, пастбищ и лесов. Так, например, в лесостепи, по исследованиям В.В. Докучаева, лесов должно быть 10-18%. Сейчас из-за чрезмерной распашки их осталось значительно меньше.
По современным данным человечество уже утратило за исторический период около 2 млрд. га некогда плодородных земель, превратив их в антропогенные пустыни. Это больше, чем площадь всей современной пашни в мире, составляющей 1,5 млрд. га.В конце ХХ века стало очевидным, что деградация почв приобрела угрожающие размеры и является одной из основных угроз глобального экологического кризиса. Это особенно тревожно, если учесть, что, последним оценкам, в мире насчитывается более одного миллиарда голодающих, то есть каждый шестой житель планеты. А это значит, что сейчас страдают от голода и истощения больше людей, чем когда бы то ни было в истории человечества, в то время как плодородие почв и площадь пригодных для сельского хозяйства земель сокращаются.
Мы когда-нибудь задумываемся над тем, что в нашей жизни значит почва? Пожалуй, очень редко. Нам кажется, что, поскольку почва — это не цветок, не насекомое, не зверь, что с ней может случиться? Так и будет всегда лежать под ногами. А вместе с тем всемирно известный эколог Жан Пьер Дорста сказал: «Почва — наш самый драгоценный капитал. Жизнь и благополучие всего комплекса наземных биоценозов, естественных и искусственных, зависит, в конечном счете, от тонкого слоя, образующего самый верхний покров Земли».
Недооценивая роль этого величайшего природного богатства, человечество ставит под угрозу само свое существование.
Охрана почвы от ее разрушения, борьба с уменьшением ее плодородия — важнейшая экологическая проблема, требующая безотлагательного пристального внимания мирового сообщества.
Источник
Как появились вода, почва и растения – интересно о сложном для любопытных дачников
Добавление статьи в новую подборку
Любой, даже начинающий, дачник в курсе, что бросив семена на сухой песок и просто забыв о них на некоторое время, богатого урожая вы не дождетесь – если всходы вообще появятся. Подавляющему большинству растений (а капризным культурным в особенности) для благополучного роста и развития нужна почва и жидкая влага.
Почва в идеале должна быть плодородной, со всеми необходимыми растению питательными веществами, а вода нужна для растворения этих веществ и их транспортировки к растительным клеткам (корни воду из почвы всасывают, а устьица на листьях – испаряют, обеспечивая непрерывный ток). Кроме того, водные растворы обеспечивают растительным тканям тургор (поэтому они такие сочные и упругие), а еще вода участвует в важнейшем для растений процессе фотосинтеза.
Сейчас это все как бы само собой разумеется даже для школьников, но пытливые огородники нет-нет да и задумаются над вечными вопросами – а откуда, когда, как и зачем вообще появились на нашей планете почва, вода и сами растения? Как сложился этот «круговорот» взаимного «сотрудничества» в природе?
Если отбросить сакраментальное библейское: «В начале сотворил Бог небо и землю. Земля же была безвидна и пуста. И создал Бог твердь, и отделил воду, которая под твердью, от воды, которая над твердью. И произвела земля зелень, траву. И увидел Бог, что это хорошо», – то остается сосредоточиться на научных гипотезах. И вы удивитесь – их не так мало, и не все так однозначно в давней истории нашей планеты, как многие думают!
Постараемся рассказать коротко, упрощенно и интересно о необычайно сложных и увлекательных процессах образования различных природных тел, благодаря которым мы сегодня имеем возможность заниматься своим любимым делом – огородничеством.
Как на земле появилась почва?
Что такое почва в принципе? Это природное «тело», которое образовалось в результате преобразования поверхностных слоев суши Земли и представляет собою совокупность (смесь) различных компонентов. Среди этих компонентов присутствуют как минеральные (минералы, воздух, вода), так и органические (почвенные микроорганизмы, растительные и животные остатки, отдельные химические вещества) соединения.
Наряду с другими сферическими оболочками планеты (атмосфера, литосфера, гидросфера и др.), почвенная оболочка, именуемая педосферой, выполняет множество планетарных функций, имеющих важное экологическое значение для жизни на Земле, прежде всего, для живого мира суши, включая и человека с его хозяйственной деятельностью.
Почвообразование – изначально сложный многокомпонентный био-физико-химический процесс, сильно растянутый во времени. Образовывалось многообразие почв на планете на протяжении долгих веков из поверхностных слоев горных пород под совокупным воздействием так называемых «факторов почвообразования» (геологических процессов, атмосферной влаги, солнечного тепла, растительного и животного мира). Вследствие разнообразия природных условий в разных зонах и регионах мира очень разнообразны и почвы, составляющие его почвенный покров.
Последним в систему почвообразующих факторов «встроился» фактор антропогенный – как только человечество освоило земледелие, главными для людей стали попытки увеличения плодородности почв различными агротехническими способами, но, увы, «параллельно» этому земляне активно способствуют и нарушению состава и структуры почвенного слоя планеты в силу своей другой хозяйственной деятельности (горные работы, добыча ископаемых, осушение болот и т.п.).
Пять факторов почвообразования установленные В.Докучаевым, основоположником школы научного почвоведения
Плодородие почвы – это ее способность «удовлетворять потребности растения» благодаря своему составу, агрегатному (механическому) состоянию компонентов, кислотности, насыщенности влагой и воздухом, наличию и жизнедеятельности микроорганизмов. Важно помнить, что плодородие почвы постоянно и достаточно быстро изменяется под влиянием как естественных, так и антропогенных факторов, поэтому, если хотите видеть здоровые растения и большие урожаи, следить за состоянием почвы на участке нужно постоянно.
Откуда на земном шаре появилась вода?
Что такое вода с химической точки зрения? Это неорганическое соединение, прозрачная жидкость без вкуса, цвета и запаха. Молекулы воды состоят из двух атомов водорода и одного кислорода, которые соединены между собой. При пониженных температурах жидкая вода переходит в твердое состояние (лед), а при повышенных – в газообразное (водяной пар).
Роль воды необычайно важна не только в существовании растений (о чем мы писали выше), но и в жизни всех живых существ на Земле. Вода «участвует» в глобальном кругообороте вещества и энергии, возникновении и поддержании жизни на нашей планете, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды.
Бо́льшая часть земной воды (97,54%) принадлежит Мировому океану – это соленая вода, непригодная для сельского хозяйства и питья. Пресная же вода находится в основном в ледниках (1,81%) и подземных водах (около 0,63%), и лишь небольшая часть (0,009%) – в реках и озерах.
Именно вода, а не суша, занимает большую часть поверхности планеты – более 70%. Но откуда она на Земле вообще взялась, да еще и в таких количествах?
А вот это до сих пор предмет многочисленных научных споров – на этот счет существует сразу несколько теорий. Например, три самые популярные:
- Вода на Земле образовалась из протопланетного диска, содержащего пылевые частицы с налипшими на них молекулами воды. По мнению ученых, эта материя образовалась около 4,4 млрд лет назад – то есть уже оказалась на нашей планете в момент ее формирования. В доказательство приводят исследования древнейших ископаемых базальтов Земли, в которых содержание водорода сопоставимо с таковым в древних астероидах.
- Некогда вода была занесена на Землю космическими телами. То есть астероиды, метеориты и прочие объекты из космоса при столкновениях с поверхностью новообразованной планеты привнесли в ее состав и молекулы водорода, и сами молекулы воды, которая задолго до появления Земли сформировалась в газовых облаках межзвездного пространства. В пользу этого говорит тот факт, что и сегодня многие кометы и метероиды содержат большое количество воды, идентичной земной по изотопному составу.
- Вода на Земле возникла в результате химических реакций в ее недрах. В пользу этого говорят эксперименты, в которых ученые смоделировали условия, характерные для недр Земли (температура, давление и т.д.), и при таких параметрах содержащийся в мантии диоксид кремния начал вступать в химическую реакцию с водородом, что, в частности, приводит к образованию воды. Геофизики выяснили, что такого рода реакции могут происходить на глубине от 40 до 400 км от поверхности планеты.
А еще существуют версии о миграции нашей планеты в незапамятные времена по Солнечной системе, о влиянии гиганта-Юпитера и так далее.
Каждая из этих и других гипотез имеет как свои сильные, так и слабые стороны, на которые активно указывают оппоненты. Но интересно также, что многие научные теории происхождения воды совместимы между собой – то есть наличие на Земле воды (да еще в таких огромных количествах) может объясняться комбинацией нескольких существующих гипотез.
Как и когда на земле возникли растения?
Растительное царство Земли сегодня – это сотни тысяч видов разнообразнейших жизненных форм, расселенных по всей планете. Крохотные одноклеточные водоросли и многометровой высоты гигантские деревья с мягкими нежными побегами или железной крепости прочной древесиной, буйно зеленеющие наземные и бесхлорофильные подземные растения, самостоятельные организмы и паразиты, живущие в одиночестве или колониями, сезонные эфемеры и тысячелетние старожилы.
Но как и когда на планете сформировались первые растительные организмы, давшие впоследствии такое буквально невообразимое многообразие?
Растения – это в подавляющем своем большинстве организмы-продуценты. Это значит, что они способны производить органические вещества из неорганических. Первыми такими продуцентами на Земле стали фотосинтезирующие бактерии (сейчас они представлены пурпурными и зелеными бактериями, цианобактериями), которые научились производить кислород. В частности, они существовали уже 2,8-3 млрд лет назад! Это была так называемая мезоархейская эра, когда бо́льшая часть планеты была покрыта теплым неглубоким и очень соленым океаном, в глубине которого бушевали многочисленные вулканы, Луна находилась еще очень близко к Земле, а в практически лишенной кислорода атмосфере господствовали ураганные ветры.
Пример низших растений — род зелёных водорослей. Иллюстрация из книги Эрнста Геккеля Kunstformen der Natur, 1904
Первыми же растениями в полном смысле стали ранние водоросли – они появились примерно 1,2 млрд лет назад, в мезопротерозойской эре. Среди них – и красные водоросли-багрянки, которые на сегодняшний день считаются древнейшими обнаруженными многоклеточными организмами. В современном мире именно разнообразные водоросли – главные производители органических веществ в водной среде.
Ну а дальше, как говорится, «понеслось». Растительные организмы развивались, усложнялись, дифференцировали ткани, вступали в симбиоз с другими организмами.
Сушу впервые смогли покорить, постепенно выходя со дна прибрежных и полузатопленных территорий, лишайники наряду с грибами (считается, что именно они в совокупности «подготовили» почву для первых наземных растений). Около 450-500 млн лет назад появились первые примитивные высшие сосудистые растения суши – ныне вымершие куксонии, которые размножались спорами.
Высшие растения – искусственно сформированная сборная группа, зеленые организмы, которым, в отличие от низших растений (бактерий, водорослей, лишайников и грибов), свойственна дифференциация тканей. Сегодняшняя научная классификация живых организмов несколько отличается – так, растения (с водорослями) считаются одним царством, а грибы и грибоподобные организмы (например, лишайники) – совершенно другим. Но всех их объединяет надцарство Эукариоты. Бактерии же и синезеленые водоросли (цианобактерии) вообще относят к другому надцарству – Прокариоты.
И так далее – через мохообразные, плауновидные, папоротники – к голосеменным и покрытосеменным (цветковым) растениям, получившим в итоге огромнейшее эволюционное преимущество за счет защиты семян и приспособляемости к изменяющимся условиям жизни. Подавляющее большинство современных растений в саду-огороде-цветнике и ландшафтных композициях принадлежит именно к этой последней группе, которая вообще доминирует на земной поверхности в данную эпоху.
Надеемся, вы узнали из нашего материала что-то интересное и захватывающее, благодаря чему сможете по-новому взглянуть на такие привычные элементы огородничества и садоводства.
Источник