Назаренко І.І., Польчина С.М. Нікорич В.А.
Грунтознавство

Біосфера Землі, її характерні особливості. Поняття про природну систему, її будову, властивості та структурну організацію

10. БІОГЕОХІМІЯ ГРУНТОУТВОРЕННЯ ТА ГРУНТОТВОРНИЙ ПРОЦЕС

10.1. Біосфера Землі, її характерні особливості

Утворення, розвиток і еволюція грунту зобов'язані взаємодії малого біологічного і великого геологічного кругообігів речовин і потоків сонячної енергії у границях кори вивітрювання гірських порід. У 1875 році австрійським ученим геологом Зюсом запропонований термін "біосфера", сфера життя. До появи життя на нашій планеті існували тільки геологічні процеси і великий геологічний кругообіг речовин. Його вік 3,5-4 млрд. років.
Виникнення життя на Землі сформувало "сферу життя", привело до появи малого біологічного кругообігу речовин або хімічних елементів. Ці два кругообіги речовин відбуваються одночасно і носять назву біогеохімічного циклу. Вернадський сформулював закон: з появою біосфери усі хімічні реакції на планеті протікають при безпосередній участі живої речовини.
Біосфера – найбільш високоорганізована природна система на нашій планеті. Вона складається з таких компонентів: атмосфери, гідросфери, літосфери, педосфери (рис.27).

Рис. 27. Межі компонентів біосфери (доступно при скачуванні повної версії книжки)

Для кожного компонента характерні свої рівні організації. Границі розповсюдження живої речовини визначають границі біосфери. Біосфера має по вершинах верхню (атмосфера) та нижню границі (рівень грунтових вод). У просторі вона неоднорідна, що призводить до великої різноманітності біогенної міграції (природні зони, фації); біогеоценозів, ландшафтів.
В.І.Вернадський сформулював поняття і розробив вчення про біосферу. Вона є сферою проживання живої матерії, середовищем для всієї планети. Жива речовина відіграє величезну роль у геологічній історії планети. Він дав визначення біогеохімії.

Біогеохімія (біо – життя, гео – земля) – наука про вивчення хімічного складу живих організмів, участь живої речовини і продуктів її розкладу в процесах міграції, розсіювання та накопичення хімічних елементів.

Геохімія – наука про історію атомів хімічних елементів у розвитку планети, про сучасний хімічний склад гірських порід і шляхи міграції хімічних елементів на Землі.

До появи життя на Землі протікали тільки геохімічні процеси. Це, в основному, процеси руйнування кристалічних решіток первинних мінералів, міграція різних водних розчинів і синтез нових мінеральних сполук. Джерело енергії геохімічних процесів – сонячна енергія.
З виникненням життя на Землі з'явився грунтотворний процес. Його рушійна сила – взаємодія малого біологічного і великого геологічного кругообігів речовин разом з енергетичними потоками на земній поверхні. Виник комплекс явищ біогеохімії грунтоутворення: міграції і трансформації хімічних сполук у межах грунтового профілю і підстилаючої товщі гірських порід, тобто у границях грунтового покриву планети; основою цього є цикли організованості біосфери, а також педосфери. Крім того, біогеохімія грунтоутворення пов'язана: а) з перетворенням вуглецю і живої речовини у грунтах; б) зміною азоту у едафотопах і ландшафтах; в) особливостями міграції і ареалами акумуляції продуктів вивітрювання і грунтоутворення сполук кремнію, алюмінію, фосфору і мікроелементів у грунтах; г) наявністю ізотопів у едафотопах.

10.2. Поняття про природну систему, її будову, властивості та структурну організацію

Природна система – це сукупність компонентів (елементів), які знаходяться у певних відношеннях і зв'язках між собою й утворюють визначену єдність і цілісність.

Всі природні тіла, явища доцільно розглядати як системи. Системою живої матерії можна вважати клітину, окремий орган (листок рослини) або весь організм (всю рослину), а також сукупність живих організмів, що звичайно називають біогеоценозом або екосистемою. До системи неживої природи належить віднести кристал мінералу, асоціацію мінералів, гідрографічну сітку.
Визначення природної системи знаходимо в наукових працях австрійського біолога Людвіга фон Берталанфі та російських академіків Косигіна і Соловйова.
Залежно від кількості елементів (компонентів), які входять до системи, зв'язки між ними можуть бути простими і складними, а отже, системи бувають прості і складні. Грунт як природна система має складну багаторівневу структурну організацію.
В.А.Ковда і Б.Г.Розанов на базі системного підходу сформулювали поняття ієрархічних рівнів структурної організації грунту. Кожний із рівнів потребує специфічних методів і підходів дослідження і управління (рис. 28.).

Рис. 28. Рівні організації компонентів біосфери (доступно при скачуванні повної версії книжки)

Кожна природна система має: вхід; тіло (сама система) та вихід. Система складається з: а) історії розвитку; б) організації або структури; в) здатності функціонувати (рис.29.).

Рис. 29. Блок-схема природної системи (доступно при скачуванні повної версії книжки)

Розвиток системи в часі проходить від простого до складного. Сучасний стан будь-якої природної системи треба розглядати як конкретну стадію розвитку та як стан довгого еволюційного розвитку системи. Щоб навчитися прогнозувати майбутнє в розвитку системи, управляти її функціонуванням необхідно знати не тільки сучасний стан системи, але й минуле, її історію.
Організація, або структура кожної системи охоплює поняття про кількість елементів (компонентів), які входять до системи, а також взаємовідношення цих компонентів, причому компоненти системи ускладнюються від низьких рівнів організації до більш високих.
Функціонування системи – це сукупність реакцій, які виникають у системі у відповідь на зовнішні дії і призводять до змін внутрішніх властивостей системи, до її саморозвитку.
Кожна природна система характеризується стійкістю, саморегуляцією, самокореляцією, еволюціонуванням, емерджентністю.
Стійкість проти випадкового зовнішнього впливу є одним із найважливіших властивостей природних систем. Кожна природна система прагне до збереження рівноваги у своєму розвитку. Екстремальні зовнішні умови можуть зруйнувати природну систему. Саморегуляція процесів функціонування системи забезпечується явищем самокореляції елементів (компонентів) у складній сітці функціонування зв'язків.
Еволюціонування системи проходить у результаті ускладнення процесів, які протікають у функціонуючій системі, і йде від простого до складного.
Емерджентність природної системи полягає в появі у функціонуючій системі в процесі свого розвитку зовсім нових властивостей, якими не володіє жоден із компонентів цієї системи.

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом