Лекции по природоведческой микробиологии - Заварзин Г.А.
ISBN 5-02006454-8
Скачать (прямая ссылка):
21
Средняя годовая температура, °С -30 -20 -10 0 10 20 30
I *1 Г г "" _ п | J----------р-
Разность осадков и испарения, мм/год
20 40 60 80%
j_______I________I_______1_________I__
Площадь, океан/суша
Рис. 1.4. Климатические зоны на поверхности Земли 1 - средняя годовая
температура; 2 - разность осадков и испарения; 3 - площадь Обратите
внимание на зоны увлажнения и засухи. Северное полушарие -
преимущественно континентальное
зональность, введенная А. Гумбольдтом и зависящая от переноса тепла и
влаги в атмосфере (рис. 1.4). Менее очевидна была зональность в океане,
обусловленная системой поверхностных и глубинных течений.
Геохимические процессы в ландшафте были рассмотрены Б.Б. Полыновым в
1915-1952 гг. По его определению, геохимический ландшафт - это
парагенетическая ассоциация сопряженных элементарных ландшафтов,
связанных между собой миграцией эле-
22
ментов1. Решающую роль в формировании связей в ландшафте играет
поверхностный и подземный сток, осуществляющий транспорт вещества. Для
геохимического ландшафта характерно доминирование соединений типоморфных
элементов: 02, С02, H2S, С1~, SO^HCOJ.COj", Са2+, Mg2+, Na+, Fe2+/Fe3+.
Остальные элементы имеют низкие кларки и не образуют доминирующих
минералов. К типоморфным элементам не относят элементы минерального
скелета системы А1 и Si, образующие алюмосиликаты и не обладающие
подвижностью в большинстве ландшафтов; они включаются в состав
изверженных и осадочных горных пород. При описании ландшафтов геохимики в
большинстве ориентировались на анализ баланса элементов.
Между тем для характеристики ландшафтов большое значение имеет
органическое вещество, изучение которого оказалось преимущественно в
руках почвоведов. Поэтому необходимо говорить не только о минеральных
элементах, но и о породах и органических веществах. Все они оказываются
объектом воздействия микроорганизмов.
1.5. ГЛОБАЛЬНАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ И ЛАНДШАФТЫ
Геосферные среды обитания микроорганизмов отличаются степенью
подвижности. Атмосфера хорошо перемешана, состав океанской воды одинаков
на планете, горные породы различны и неподвижны. Биота зависит в первую
очередь от веществ с газообразной формой миграции: воды, углекислоты,
азота. Фосфор составляет исключение и мигрирует в воде или извлекается из
твердой фазы. Поэтому для распределения жизни на Земле необходимо
учитывать пути переноса вещества в глобальном масштабе. Определяющим
фактором для биоты служит доступность солнечной радиации, создающей
климатические пояса. Климат модифицируется циркуляцией воздушных масс
(рис. 1.5-1.8).
Перемешивание газообразных веществ в атмосфере происходит путем
глобальной циркуляции, для которой созданы модели переноса.
Неравномерность нагрева атмосферы Солнцем и вращение Земли создают
условия для переноса газов. В общем имеются области переноса с востока на
запад в экваториальной зоне и противоположного переноса в высоких широтах
(со скоростью около 5 м/с), важные прежде всего для атмосферного переноса
влаги. Между ними образуется зона аридного климата. В тропической области
формируются ячейки вертикального перемешивания (ячейки Гадлея),
препятствующие меридиональному переносу с задержкой в современных
условиях около года. Циркуляция атмосферы зависит от распределения
1 См.: Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М.: Высш. шк., 1975.
23
N
L - низкое давление (c) - движение "к" зрителю (r) - движение "от" зрителя
Рис. 1.5. Атмосферная циркуляция [по: Graedel, Crutzen, 1992]
Перемешивание атмосферы обусловлено ее энергетическим балансом. Сейчас
разработана хорошая модель глобальной циркуляции атмосферы (Global
Circulation Model, GCM). Эта модель описывает перераспределение воздушных
масс. В глобальном масштабе она включает:
- полярные и экваториальные ячейки, обусловленные вертикальной
циркуляцией на 10-20 км и подъемом облаков с освобождением энергии при
конденсации воды;
- циклонические пояса в широтах 30°-60° с движением с запада на восток с
зональным ветром около стратопаузы от 25 м/с до 100 м/с, и это значит,
что массы воздуха переносятся через Евразию примерно за неделю;
Кориолисовы силы закручивают циклоны по часовой стрелке в Северном и
против - в Южном полушариях;
- пассатную экваториальную область с ячейками Гадлея.
В результате, кроме быстрого перемешивания воздушных масс в широтном
направлении, существует и более медленный перенос в меридиональном
направлении. Наличие ячеек вертикальной циркуляции приводит к тому, что
перенос из Северного в Южное полушарие занимает примерно год
масс континентов и океана, поглощения и отражения ими тепла (альбедо) и
не была одинаковой на протяжении истории Земли.
Биогенные элементы - углерод, азот, кислород, сера, водород (CNOSH) -
обладают воздушной формой миграции, и жизнь на Земле зависит от их
хорошего перемешивания, уменьшающего локаль-
24
30 км
10 км
1 км
0,5 км 0
-1 км
-4 км
90° 0° 90°
Рис. 1.6. Времена переноса воздушных масс [по: Graedel, Crutzen, 1992]
