Вопрос 36. Природные экоситемы Земли как хорологические (пространственные) единицы биосферы. Основные направления эволюции биосферы.

Биосфера, как система динамическая (вспомните, что это значит) и очень сложно устроенная, способна постоянно изменяться. И она действительно, с самого момента своего возникновения никогда не оставалась в одном и том же состоянии. Вся история биосферы - это ее непрерывное эволюционное развитие. Вы, конечно, помните, что состояние любой сложной системы определяется самым высоко развитым компонентом в ее составе. А раз в биосфере таким является живое вещество, то и история развития биосферы - это в первую очередь история эволюции живых организмов и их сообществ.

Применение актуалистического метода позволило установить факт эволюционного развития биосферы и Земли в целом. Доказательства эволюционного развития биосферы базируются, главным образом, на палеонтологических данных, свидетельствующих о необратимом направленном развитии органического мира нашей планеты в направлении усложнения и появления всё более высокоразвитых форм.

В чём сохраняются следы процессов отдалённого прошлого, те самые результаты, которые мы сравниваем с результатами современных процессов? В горных породах. Их состав (минеральный и химический), особенности строения и являются производными тех условий, в которых происходило их формирование. Часть этих характеристик сохраняется или может быть реконструирована, несмотря на дальнейшие изменения, которым эти породы подвергались на протяжении миллионов лет. Поэтому, пока горная порода не разрушена полностью, а её вещество использовано для формирования других горных пород, мы можем реконструировать условия, существовавшие в эпоху её формирования.

Так что низкие скорости геологического и геохимического круговорота, в отличие от биологического – благо, дающее нам возможность проследить прошлое планеты достаточно строгими научными методами на многие сотни миллионов лет. Как Вам известно из курса общей геологии, древнейшие сохранившиеся горные породы на Земле имеют возраст около 3,8 млрд. лет. Всё, что было раньше – строгой реконструкции не поддаётся, это область одних лишь гипотез.

В развитии географической оболочки Земли, а затем биосферы выделяется три крупных этапа:

1. Условно абиогенный (догеологический, катархейский) - гипотетический.

2. Биогенный.

3. Техногенный.

Абиогенный этап.

Гипотетически реконструируется на основе общей направленности эволюционного развития литосферы как время развития однообразного базальтового вулканизма, который должен был определять восстановительный состав первичной атмосферы. Видимо, существовала однообразная восстановительная среда, различия между ландшафтами были невелики, а поверхность материков представляла собой однообразную безжизненную пустыню. Эволюционный характер развития планеты в целом вытекает из реконструируемого направленного изменения состава и строения литосферы (тоже необратимого, и идущего по пути усложнения строения, то есть увеличения информации и уменьшения энтропии). Первичный состав атмосферы был сформирован вулканической деятельностью. Основными компонентами были CH₄, NH₃, H₂S, CO₂, H₂O. Следствием такого состава атмосферы было наличие во всей географической оболочке восстановительной среды, непригодной для подавляющего большинства современных форм жизни.

Биогенный этап.

Далее наступает биогенный этап развития, и это ведёт к постепенному, но радикальному преобразованию всего состава атмосферы. Деятельность фотосинтезирующих организмов приводит к появлению свободного кислорода, который насыщает поначалу воды Мирового Океана, а затем и атмосферу. В результате окисляются и теряют своё значение в атмосфере такие газы, как аммиак, сероводород, метан. Существенно уменьшается содержание углекислого газа, используемого в процессах фотосинтеза. Азот переходит в молекулярную форму. В результате окисления серы выпадают кислотные дожди, и атмосфера от сернистых соединений очищается.

Биогенный этап эволюции географической оболочки планеты подразделяется на три стадии: восстановительную, окислительную и окислительно-восстановительную.

Восстановительная стадия.

Архей, ранний протерозой, ранний рифей (3,8 – 1,4 млрд. лет).

Состав горных пород указывает, что атмосфера была совсем бескислородной или содержала очень мало кислорода. В ландшафтах господствовала глеевая среда, контрастность окислительно-восстановительных условий была невысокой. Предполагается, что ареал жизни был очень ограничен из-за отсутствия озонового экрана (что является следствием низкого содержания кислорода в атмосфере).

Окислительная стадия (1,4 – 0,4 млрд. лет).

В течение этой стадии наступает момент, с которого ведущую роль в биогеохимическом круговороте на Земле приобретает растительность. Поэтому более дробная периодизация этого этапа развития биосферы производится именно по смене растительности. 

Окислительно-восстановительная стадия (400-0 млн. лет назад).

Связана с широким заселением суши высшими растениями и животными. Хотя на суше по-прежнему преобладала (и до сих пор в целом преобладает, хотя теперь появились и автономные восстановительные ландшафты) окислительная среда, в подчинённых ландшафтах всё чаще формируются восстановительные условия. В результате наземная среда стала контрастной по окислительно-восстановительным условиям, возникла окислительно-восстановительная зональность.

Основные изменения в составе атмосферы в этот период были связаны с колебаниями соотношения между свободным кислородом и углекислым газом.