1. Биота и биосфера
1.1. Понятие биоты и биосферы
Миллиарды лет Солнце дарит Земле свою энергию. С появлением на Земле жизни часть
солнечной энергии стала использоваться живыми организмами на строительство
своего тела и на преобразование окружающей среды. Те живые организмы, которые
около 3 млрд. лет назад начали использовать для жизни энергию химических
реакций и Солнца, настолько преобразовали нашу планету, что трудно найти место,
где бы не ощущалось влияние живых существ. Оно распространяется и на атмосферу
– её газовый состав, концентрация кислорода и углекислого газа, наличие
аэропланктона (бактерий, спор растений и грибов, мелких беспозвоночных)
определяется всеми растениями и животными планеты
(биотой
). Отложения известняков и гранитов, сланцев и каменного угля – это следы
деятельности живых организмов за многие миллионы лет. Около 10 км
вверх и примерно столько же вниз
– вот вам и вертикальные пределы
деятельности животных и растений на Земле
. А вместе всё это даёт
представление о биосфере
. Наряду с гидросферой, атмосферой и литосферой
она образует оболочку нашей планеты, определяемую как сферу обитания и
жизнедеятельности живых организмов.
1.2. Концепция В. И. Вернадского
Известный российский учёный В. И. Вернадский (1863–1945) ввёл понятие
биосферы и показал, что незаметные обитатели Земли, чья масса никогда не
превышала долей процентов от веса почвы, воды и воздуха, составляющих
географическую оболочку, играют ведущую роль в её геологической эволюции,
способны изменять химическую и физическую среды на земной поверхности и в
водной толще океана. Как всё это происходит? Ответ можно найти в кусочках
известняка. Известняки сплошь сложены отмершими раковинами древних моллюсков,
водорослей и телами других морских организмов – губок, кораллов и др. Многие
океанские острова и атоллы целиком сформированы этими отложениями. Но ещё
более наглядно с биосферной деятельностью живых организмов можно
ознакомиться, если проследить за распространением органических полезных
ископаемых – угля, нефти, торфа и пр.
Преобразование среды растениями и животными продолжается и в наши дни. В
океане формируются коралловые рифы, на северных болотах, поросших мхом-
сфагнумом, ежегодно откладывается до 1 мм торфа, на безжизненных скалах
поселяются водоросли и лишайники, которые разрушают горные породы и
способствуют почвообразованию, от растущих в разных природных зонах лесов и
из верхних слоёв морских вод поступает в атмосферу кислород, и т.д. Живое
изменяет среду в своих интересах.
2. Разнообразие биологических видов
2.1. Количество видов растений и животных на Земле
Вначале дадим объяснения понятиям растение и животное. Растение – организм,
обычно развивающийся в неподвижном состоянии и питающийся неорганическими и
органическими веществами почвы и воздуха. Животное – живое существо,
обладающее способностью двигаться и чувствовать (в отличие от представителей
другого отдела органического мира - растений).
Каждый вид или группа видов растений и животных когда-то возникли на Земле и
переживали периоды взлёта, расцвета и вымирания (а некоторые виды, возникнув
однажды, так и не достигли своего расцвета и вымерли, лишив специалистов-
биологов возможности сделать новые открытия). А открытия в систематике –
науке, которая занимается описанием и систематизацией живых организмов,
происходят постоянно. Ежегодно ботаники и зоологи описывают сотни и даже
тысячи новых видов растений, насекомых, грибов и др. Интересно, что
практически каждый улов в глубоководных тралах научно-исследовательских судов
приносит специалистам по морской фауне (червям, членистоногим, иглокожим,
моллюскам и др.) новые виды, а то и роды и семейства. Аналогичным образом
сборы растений в труднодоступных районах Арктики или высокогорий, в глубине
массивов тропических лесов дают работу ботаникам-систематикам на многие годы.
Сложнее с крупными млекопитающими и птицами. Здесь открытия бывают реже. Но
периодически в научной литературе можно встретить сенсационные сообщения.
Чаще всего они приходят из южноамериканских и африканских влажных лесов. А
вот одна из последних сенсаций – находка в 1993 г. сравнительно крупной
антилопы во Вьетнаме – сопоставима разве что с открытием окапи в Африке.
Трудно подсчитать, сколько всего видов растений и животных появилось на
Земле: многие из них, как метеор на предрассветном небе, лишь промелькнули в
истории Земли и исчезли. Но своё дело они сделали: передали потомкам свои
генетические качества. А одновременно с нами на Земле живёт, по-видимому,
несколько миллионов видов живых организмов. Не поддаётся исчислению
разнообразие бактерий и грибов, трудно определить реальное число видов
насекомых, но попытки полнее отразить сведения об отдельных систематических
группах имеются. Ниже приводится таблица, содержащая систематизация подобных
данных.
Количество видов растений и животных на Земле
| Группы
|
Оценка числа видов
|
| Р а с т е н и я , в с е г о |
500 000 |
| в т.ч. водоросли |
25 000 |
| лишайники |
18 000 |
| мохообразные |
20 000 |
| плауновые |
800 |
| хвощовые |
30 |
| папоротники |
6 000 |
| голосеменные |
600 |
| покрытосеменные |
250 000 |
| Ж и в о т н ы е , в с е г о |
1 900 000 |
| в т.ч. простейшие |
150 000 |
| кишечнополостные |
9 000 |
| губки |
5 000 |
| черви |
19 000 |
| моллюски |
105 000 |
| насекомые |
1 500 000 |
| иглокожие |
5 000 |
| птицы |
9 000 |
| млекопитающие |
4 300 |
| рыбы |
21 000 |
В разные периоды истории нашей планеты в её флоре и фауне преобладали то
одни, то другие группы организмов. Сотни миллионов лет назад, например, на
Земле были широко распространены леса из древовидных папоротников, хвощей и
плаунов. Сейчас эти растения не столь разнообразные и представлены в основном
мелкими травянистыми формами. Зато господствуют покрытосеменные растения,
освоившие в процессе эволюции и просторы Арктики, и пески Сахары, и
тропические болота Амазонки. Так же и у животных – кончилась эра рептилий, а
их место в современном мире заняли птицы и млекопитающие, которые лучше всего
умеют осваивать самые разнообразные места обитания в меняющемся климате.
2.2. Биологическое разнообразие
Интуитивно человек понимает, что в тундре жизнь беднее, чем в лесу, а внешне
безжизненная пустыня уступает по разнообразию форм жизни разнотравным степям.
Почему одни сообщества богаче видами, чем другие? Какие факторы влияют на
разнообразие жизни? Эти вопросы очень важны для того раздела географии,
который занимается особенностями распространения организмов на планете, т.е.
для биогеографии. Эта наука занимается всеми географическими закономерностями
формирования биологического разнообразия, которое включает в себя
разнообразие систематических групп организмов (рас, подвидов, видов, родов,
семейств и др.), различных жизненных форм, сообществ, экосистем.
Самое простое – сравнивать разные регионы Земли и представленные в них
сообщества по видовому богатству – числу входящих в их состав видов растений и
животных. Но площади, занимаемые этими регионами, различны. Поэтому чаще всего
количественное выражение биологического разнообразия соотносят с площадью. В
ботанике используют для этого понятие “локальная флора”: это видовое богатство
высших растений на площади примерно 100 км2
. На арктических островах
она не превышает 50–100 видов, в тундрах – 200–300, в тайге – 400–600, в степях
– 800–900, в тропиках – более 1000 видов.
2.3. Биота и климат
Знаете ли Вы, что такое “идеальный материк”? Нет, это не материк с
благоприятным климатом и природой, которая отвечает всем требованиям для
лучшей жизни человека. Это придуманный учёнными участок суши, на котором
представлено всё многообразие природных зон в соответствии с многообразием
климатических условий на Земле. Представьте абсолютно равнинный материк,
омываемый с запада и востока океаном и вытянутый с севера на юг от Северного полюса до Южного. В этом случае разные типы растительности будут
последовательно сменять друг друга от полярных пустынь Арктики до тропических
лесов экватора и на юг в обратном порядке – от тропиков до льдов Антарктиды.
И лишь приокеанические и внутриконтинентальные районы будут иметь отличную от
остальных биоту.
Как же возникла зональность в распределении жизни на Земле? Поступающая от
Солнца лучистая энергия проходит сквозь атмосферу и попадает в различные точки
Земли в неодинаковом количестве. Это зависит от продолжительности дня, угла
падения солнечных лучей, прозрачности воздуха и других условий. Энергию Солнца
оценивают обычно количеством джоулей, приходящихся на 1 см2
поверхности в единицу времени. Как известно, земная ось наклонена. Из-за этого
различные области земного шара получают неодинаковое количество солнечной
энергии. Например, в Арктике на 1 см2
тундры в год поступает только
60 тыс. Дж. А в умеренно тёплых широтах – более 300 тыс. Дж. С севера на юг на
планете образуются климатические пояса – арктический, умеренный,
субтропический, тропический. А в границах поясов формируются природные зоны –
полярно-пустынная, тундровая, таёжная, широколиственных лесов, тропических
лесов. В соответствии с изменениями климата с севера на юг меняется
растительность, почвы, животный мир, ландшафты в целом. У истоков учения о
природной зональности стоит великий российский учённый – почвовед В. В.
Докучаев. Он исследовал закономерности широтной изменчивости растительности и
почв Российской равнины и показал, что почва включает в себя всю специфику
зональной биоты. Холодная и сырая почва тундры на вечной мерзлоте, мощный
чернозём степей или пески пустынь. Даже если уничтожена растительность, почва
сохраняет зональные черты и силы для восстановления ландшафта после нарушения.
Позже учение о природной зональности развили Л. С. Берг, А. А. Григорьев и М.
И. Будыко. Оно приобрело вид закона природной зональности.
Чтобы убедиться в главенствующей роли климата в распространении животных и
растений на планете, давайте рассмотрим, как меняется биологическое
разнообразие по мере продвижения с севера на юг. Здесь нам поможет
представление о локальных флорах (число видов растений на 100 км2
).
Так вот, в полярных пустынях они составляют лишь 50 видов, в тундрах – 100–150
на севере и до 250 на юге, в тёмнохвойной тайге – 500–600, в широколиственных
лесах – 700–800, в зоне степей до 900, в пустынях 300–400, в тропических лесах
2000–3000. сходная картина наблюдается и в распределении животных.
Как происходит рассредоточение сообществ растений и животных в пространстве в
соответствии с действием климатических факторов, легче всего понять, если
рассматривать их положение в координатах климатических характеристик. Имеется
много схем, иллюстрирующих роль климата, но наиболее известная из них –
система “зон жизни” Л. Холдриджа. В ней соединены ряды изменения
среднегодовых температур, годового количества осадков и коэффициента
увлажнения для равнины и горных территорий. Другую схему – климатических
ареалов растительных сообществ – для европейской части России и Украины
разработал известный российский ботаник-географ О. С. Гребенщиков. Интересно,
что для своей работы учённый использовал данные сети метеостанций,
располагающихся в пределах тех или иных сообществ.
А теперь представьте, что будет с границами природных зон при глобальных
изменениях климата. Схемы и модели учённых помогут узнать это. Но каждый из
нас сам может убедиться в том, что растения и животные чутко реагируют на
изменения климата. Достаточно выйти за порог дома – на северных и южных
склонах, в сырых и сухих местах обитают разные виды растений и животных. Но в
пределах отдельных природных зон много местообитаний, которые просто не
вписываются в закон природной зональности; это – птичьи базары в тундре,
поймы рек в тайге, овраги и долины мелких рек с дубравами в степной зоне,
дельты рек в пустынях и т.д. кроме того, близость океана и наличие гор на
материке часто приводит к нарушению зонального распределения животных и
растений. Даже для многих крупных государств (например, в Западной Европе)
представление о зонах условно. Это для России с её просторами, раскинувшимися
между двух океанов и от снегов Арктики до
побережья, характерно столь богатое разнообразие зон на равнине и
вертикальных поясов в горах. В других же странах чаще используют понятие
биом-совокупность экосистем в границах определённой климатической и физико-
географической области. Так, на нашей планете обычно выделяют следующие
биомы: влажных тропических лесов, сезонных тропических лесов и кустарников,
степей и прерий, широколиственных лесов, тайги, тундры.
Конечно, границы и зон, и биотов достаточно условны, но их можно определить
по границам распространения того или иного типа растительности почв. Так,
степи на севере граничат с широколиственными лесами, а на юге с пустынями или
субтропическими кустарниками. И в Америке, и в Европе картина весьма сходная.
Но вот в Северо-Восточной Азии, в Забайкалье, степи граничат с хвойными
лесами-тайгой. Это связано с тем, что широколиственные породы не выдерживают
континентальных условий, т.е. область умеренного климата здесь просто
отсутствует.
Возможности для жизни биоты в широтном и меридиальном направлениях меняются
постепенно. В областях контакта двух зон или биотов образуются сравнитильно
широкие полосы-лесотундры, хвойно-широколиственные леса, лесостепи,
полупустыни. В таких областях особенно остро чувствуется влияние климата,
т.к. оба типа растительности и животный мир достигают здесь пределов своего
существования и распространения. Поэтому и влияние хозяйственной деятельности
человека в переходных полосах более существенное, чем в типичных условиях
природной зоны.
Человек изменяет природу в нужном для него направлении. Но часто происходит и
непреднамеренное её разрушение – эрозия на пашне, пожары и заболачивание
лесов, засоление пустынных земель и т.д. когда эти нарушения достигают
значительных размеров, то происходит изменение растительности и животного
мира целых природных зон и биотов – до их полного исчезновения. Учитель
сельской школы где-нибудь в американских штатах Монтана и Вайомике или в
Курской и Ростовской областях в России теперь уже не может сказать ученикам
при изучении степей в курсе физической географии: “Посмотрите в окно.”.
Природные зоны степей и прерий исчезли в Европе и Северной Америке как
зональное явление, и надежд на их восстановление очень мало. правда, учённые
уже научились восстанавливать степную растительность на небольших участках –
с помощью семян, взятых из заповедных зон во время сенокоса. Для ускорения
процесса восстановления используются методы посадки отдельных растений,
перенос на восстанавливаемые участки некоторых видов позвоночных и
беспозвоночных животных, восстановление рельефа и режима влажности, выпас
лошадей (ведь раньше степь развивалась в условиях постоянного воздействия
копытных животных). Всё это называется экологической реставрацией. Хочется
надеяться, что уже не за горами то время, когда основной задачей охраны
природы станет не изучение отрицательных последствий хозяйственной
деятельности человека, а восстановление разрушенной природы.
Оказывается, чем выше роль климата, тем дольше происходит восстановление
биоты после нарушений (исключение составляют тропические леса, восстановление
которых практически невозможно). Ведь когда разрушается природа, меняется и
климат: исчезновение лесов ведёт к сокращению испарения и увеличению
поверхностного стока; после разрушения животного покрова степей пески
начинают наступать на оазисы, а климат становится более сухим. В тайге пожары
и вырубки часто приводят к заболачиванию, а уничтожение лесов в лесотундре
приводит к местному похолоданию и продвижении тундры на юг.
А теперь интересно узнать – будут ли меняться границы зон при всеобщем
потеплении климата на планете? Если заглянуть в прошлое, то можно увидеть,
что за последние 10–15 тыс. лет тёплые периоды сменялись похолоданиями. Вслед
за этим лесная растительность то наступала на север, то “уходила” на юг.
Менялись и границы высотных поясов в горах. Учённые узнают о климате прошлых
эпох по остаткам растений, по составу пыльцы в торфе и погребённых почвах, по
останкам животных в разных отложениях, по годичным кольцам ныне живущих
деревьев и погребённой древесины, по данным отложениям в морях и озёрах и
т.д.
3. Растительность Украины
3.1. История формирования растительного покрова
Современная растительность на территории страны начала формироваться в конце
мелового периода. В палеоген здесь была тропическая растительность из пальм,
лавров, мирт, эвкалиптов, секвой, болотного кипариса. В неоген появились
листопадные широколистные породы – дуб, каштан, орех, тюльпанное дерево,
эвкоммия. В Южной части Украины в это время были степи с типичными для них
флористичными элементами. Днепровское объединение (плейстоцен) привело к
обеднению лессового состава лесов и уменьшению их площади. В послеледниковый
период (голоцен) восстановились широколиственные леса, расширился ареал их
распространения. Начали появляться растения из других физико-географических
областей. Природная растительность страны претерпела большие изменения
вследствие хозяйственной деятельности человека (распаханы степи, вырублено
много лесов). Однако площадь с природной растительностью и искусственно
посаженными лесами в советской Украине составляла 32% её территории. Сейчас в
стране насчитывается более 3,2 тыс. видов высших растений, а всего до 16 тыс.
видов.
В Украине выделяется три широтных растительных зоны (мешанных лесов,
лесостепная и степная) и две горные области (Карпаты и Крымские горы).
3.2. Растительные зоны
Зона мешанных лесов, или Украинское Полесье, – это крайняя северная наиболее
влажная часть Украины. Для неё характерен ряд особенностей. Во-первых, почти
всё Полесье в прошлом было покрыто лесами и теперь здесь они – самый
распространённый тип растительности. Во-вторых, значительная заболоченность
территории, особенно в западной части.
Лесистость Украинского Полесья составляет 25,5%, причём в западной части она
больше. Основными лессовыми формациями на Левобережье являются сосновые леса,
на Правобережье и в западном Полесье – сосновые, грабово-дубово-сосновые,
грабовые и ольховые. Еловые леса встречаются небольшими участками, в основном
в северной части зоны. Наиболее распространены сосново-дубовые леса с сосной
в первом ярусе и дубом во втором или чистые сосновые леса. Эти лесные
формации развились на дерново-подзолистых грунтах. Сравнительно небольшие
площади занимают дубовые и грабово-дубовые леса. Ольховые леса обычно растут
на минеральном грунте или торфяники в понижениях рельефа.
Растительность заплавных и суходольных лугов очень разнообразна. Наиболее
распространённые виды – метлица, тонконог болотный и др. Заплавные луга Десны
и Сейма представляют собой ценные кормовые угодья. Суходольные луга Полесья
образовались в основном на месте вырубленных лесов. На приречных болотах
растёт осока и камыш.
В составе флоры западного Полесья много среднеевропейских и
западноевропейских видов – черешня, явор, плющ, астранция и др. В
Левобережном Полесье значительно далее на север распространяются отдельные
виды лесостепной и степной растительности.
Зона лесостепи
расположена на юг от Полесья и что касается растительного
покрова, то он представляет собой сложные природные образования. Здесь
остепнённые леса и остатки степей на плакорах чередуются с дубовыми и
дубово-грабовыми лесами на Правобережье и дубово-кленово-липовыми и дубовыми –
на Левобережье. Лесистость составляет 13,4%
В заводах Днепра и его притоков встречаются дубняки, осокорники, заросли
верб. Луговая и болотная растительность изобилует в основном в речных
долинах. Болот мало. Лугово-галофитная растительность распространена в
большинстве случаев на террасах левобережья Днепра.
Водораздел между Днестром и южным Бугом в границах лесостепной зоны относят к
западным лесостепям. Для растительности здесь характерно чередование степных
участков с лессовыми. Леса представлены дубровами, в состав которых, кроме
дубов обычного и скалистого и граба, входят явор, липы мелколистная и
серебристая, иногда дуб пушистый. Рядом с рекой Сбруч на таврах растёт
небольшой массив букового леса.
Зона степи
пролегает от лесостепи до берегов Чёрного и Азовского морей. В
северной части степной зоны на плакорах до того, как их распахали на сельское
хозяйство, были разнотравно-типчаково-ковыльные степи. Основу их растительного
покрова составляли узколистная ковыль, типчак и др.; росли также воронец,
горицвет, щавель, перекотиполе. Часто встречаются заросли мезофильных
чагарников – тёрна, караганы кустистой, миндаля, таволги, степной вишни. На
склонах балок и яров сохранились байрачные дубовые перелески.
Для южной степи характерны ковыльные и типчаково-ковыльные степи. Такие степи
не распаханы и сохраняются в своём первозданном виде в заповеднике
Аскания–Нова. В этом заповеднике произрастает около 360 видов растений; здесь
содержится более 50 видов редких животных, и среди них лошадь Пржевальского,
зубры, грациозные антилопы канны, зебры. В Аскании-Нова около 90 видов
гибридов млекопитающих и птиц, в том числе асканийская тонкорунная овца,
украинская белая свинья, асканийский степной красавец олень.
Весной степь покрывается цветущими эфемерами и эфемероидами – тюльпанами,
бельвалией и др. На сравнительно узкой полосе Причерноморья и Присивашья
распространены злаково-полынные степи на каштановых грунтах. Из злаков здесь
преобладает ковыль волосистая и типчак, из разнотравья – полынь. Множество
участков покрыто галофитной растительностью, представленной кураем,
сарсазаном, кершеком и др.
В степной зоне находится Донецкий кряж, который по комплексу природно-
исторических условий принадлежит к лесостепи. Природный растительный покров
здесь представлен луговыми и разнотравно-типчако-ковыльными степями разных
вариантов. Однако степи здесь везде распаханы, за исключением лесных полян,
склонов балок и территории заповедника Каменные могилы. Лесная растительность
Донецкой лесостепи представлена отдельными массивами байрачных дубняков,
которые растут на высоких частях кряжа. У речных заводей встречаются
небольшие участки заплавных лесов.
3.3. Горные области
Украинские Карпаты.
В Украинских Карпатах очень хорошо выражена
вертикальная поясность растительности. В предгорьях до высоты 400–500 м
распространены леса из бука, граба, клёна, смереки, липы. В нижнем горном поясе
от 500 до 1200 м растут: ниже буковые, выше – елово-смереково-буковые леса с
примесью модрины, которая распространена только в Карпатах и отдельных частях
Предкарпатья. В Карпатах встречается европейская и польская модрина, тис
ягодный. Встречается сосна кедровая. На высоте 1200–1400 м распространены
тёмнохвойные еловые леса. Начиная с высоты 1400–1500 м деревья становятся
меньше, приобретают флагообразную форму. Для горного пояса от 1500 до 1800 м
характерны субальпийские луга. Наиболее распространены они на Черногорье. Выше
1800 м раскинулись альпийские луга, где на плоских участках растут в основном
осока и мох, на склонах – рододендрон, сланка азалия, брусница, черница и др.
Особенно красивы эти участки весной, когда они напоминают гигантский цветущий
ковёр из шафрана, первоцвета, пролесков, подснежников. За время короткого
горного лета цветущий ковёр меняется несколько раз. Лесистость в Карпатах
составляет 40,2%.
Леса Карпат (хвойные, дуб, бук, и др. породы) представляют собой ценное сырьё
для деревообрабатывающей промышленности и имеют огромное водоохранное и
грунтозащитное значение.
Крымские горы.
Растительность горного Крыма разнообразна. Её основные
отличия связаны с вертикальной поясностью, которая наиболее чётко выражена на
южном и северном склонах гор. Для области характерно значительное развитие
лесов. Крымские горы принадлежат к Средиземноморской лессовой области. На южном
склоне главной гряды сформировалось 2 растительных пояса: горных лугов и степей
и лесной, который состоит из бука, сосны, ксерофитных дубовых лесов и
чагарников. В нижнем поясе южных склонов гор с мягким климатом растут
вечнозелёные растения средиземноморской флоры: плющ, чист крымский, рускус,
суничник. Для южного берега Крыма характерны заросли держидерева, граба
восточного, дуба пушистого, скумпии. Большое распространение имеют
искусственные декоративные насаждения парков и садов, виноградников, плодовых
садов.
Верхний, более влажный пояс южного склона Крымских гор покрыт дубовыми и
сосновыми лесами. У верхней границы преобладает крымская сосна. К буку
нередко примешивается граб, груша, клён. Буковые леса достигают наибольшего
развития на северном склоне Главной гряды. В нижнем поясе северного склона
гор распространены также широколиственные леса; главная порода в них – дуб.
Кое-где встречается тис. Крымские леса имеют большое водоохранное и
противоэрозийное значение.
Яйла – это безлесные каменистые каротовые плато с травянистой
растительностью, в основном злаковыми и большим количеством двудольных. В
конце апреля расцветают пролески, крокусы, осоки степные, крупка жёлтая. В
мае луга представляют собой разноцветный ковёр цветов, среди которых
выделяются ярко-красные пионы и фиолетово-синие волошки, встречается
Эдельвейс крымский.
Природная растительность Украины имеет огромное значение. У лесов – это
водоохранное, противоэрозийное и санитарно-гигиеническое значение. Среди
растений выделяется множество лекарственных. Кроме того, растительный покров
Украины – естественный богатейший туристический ресурс.