I LỚP VỎ ĐỊA LÍ CỦA TRÁ ĐẤ T
6. Sinh quyển
a) Khái niệm về sinh quyển
Sinh quyển là một bộ phận của vỏ Trái Đất, chứa đầy vật chất sống và các sản phẩm do hoạt động của chúng sinh ra. Sinh quyển không đơn thuần chỉ là nơi có sự sống mà là một hệ thống tự nhiên có những đặc tính và giới hạn riêng. Theo V.I.Vecnatxki trong sinh quyển không phải sự sống tồn tại độc lập với hoàn cảnh xung quanh mà là vật chất sống − nghĩa là toàn bộ sinh vật có quan hệ hết sức chặt chẽ với môi tr−ờng xung quanh của sinh quyển. Sinh vật có ở khắp nơi trên bề mặt Trái Đất, có ở trong toàn bộ thuỷ quyển tới đáy các vực sâu. Trong khí quyển, ranh giới phía trên của sinh quyển tiếp xúc với tầng ôzôn (độ cao 25
− 30km). Ngay cả ở trong các lớp đá của thạch quyển với độ sâu trên 3000m vẫn có các sinh vật. Nh−ng phổ biến nhất là ở trong thổ nh−ỡng quyển. Nh− vậy, ranh giới của sinh quyển mở rộng từ tầng cao 20 − 30km trên khí quyển cho đến tận đáy đại d−ơng và tầng phía trên thạch quyển, bao gồm toàn bộ thuỷ quyển và thổ nh−ỡng quyển. Việc tính toán khối l−ợng của sinh quyển tất nhiên là không đạt đến độ chính xác cao. So với khối l−ợng của các quyển khác nhau của lớp vỏ địa lí, trọng l−ợng của sinh quyển t−ơng đối nhỏ. Toàn bộ khối l−ợng sinh quyển chỉ vào khoảng 26.1010 tấn (bằng 0,01% thạch quyển), trong đó thực vật có khối l−ợng lớn hơn với động vật. Tuy nhiên vật chất sống là dạng tích cực nhất của các vật chất trong vũ trụ. Vì vậy, với khối l−ợng nhỏ, sinh vật cũng có khả năng gây ra những thay đổi vô cùng to lớn trong lớp vỏ địa lí, đặc biệt là trong việc chuyển hoá năng l−ợng.
Chỉ duy nhất cây xanh có đặc tính quang hợp. Nhờ đó mà có thể tạo ra vật chất hữu cơ từ chất vô cơ.
Khí quyển với thành phần hiện nay của nó về căn bản do sinh vật tạo thành : oxi tự do sinh ra chủ yếu do quá trình quang hợp, nitơ do quá trình phân huỷ, các hợp chất nitơ do vi khuẩn sinh ra. Sinh vật tham gia vào quá trình phong hoá, vào sự hình thành một số loại đá, các mỏ quặng và khoáng sản có ích nh− granit, than bùn, than đá, đá phiến cháy, bôxít,... Sinh vật còn làm thay đổi địa hình : sự hình thành các ám tiêu san hô, quần đảo san hô. Trong sự hình thành thổ nh−ỡng, vai trò của sinh vật cực kì lớn, nó không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp nên chất hữu cơ mà sinh vật còn tham gia vào quá trình phân giải chất hữu cơ − quá trình khoáng hoá. Nếu không có vi sinh vật làm nhiệm vụ phân huỷ thì các xác chết của động thực vật không thối rữa đ−ợc nhiều vô kể và ngày càng tăng. Lúc đó, cuộc sống trên Trái Đất sẽ trở nên vô cùng nặng nề. Mặc dù là quyển trẻ nhất của lớp vỏ địa lí nh−ng với thời gian tồn tại mới dài khoảng3 − 4 tỉ năm, hiệu quả hoạt động của sinh vật không ngừng đ−ợc tăng lên và ngày càng có ý nghĩa quan trọng.
b) Sinh vật và môi tr−ờng
Sinh vật có quan hệ hết sức chặt chẽ với môi tr−ờng xung quanh. Muốn tồn tại, sinh vật phải dựa vào môi tr−ờng nhất định. Ng−ời ta gọi môi tr−ờng đó là môi tr−ờng sinh sống, hay nói cách khác đó là nơi ở, nơi có toàn bộ các điều kiện để sinh vật không những tồn tại mà còn sinh sôi nảy nở một cách bình th−ờng. Thay đổi môi tr−ờng đó, sinh vật hoặc là triệt tiêu, hoặc
là phải biến đổi để thích nghi với môi tr−ờng mới. Có nhiều yếu tố khác nhau để tạo nên môi tr−ờng sống của sinh vật nh− nhiệt độ, n−ớc, đá mẹ, đất,... Trong số các yếu tố đó, yếu tố nào tác động trực tiếp đến cơ thể sinh vật thì đ−ợc gọi là nhân tố. Điều kiện sinh tồn của sinh vật là những yếu tố quyết định sự tồn tại của sinh vật. Các điều kiện sinh tồn hay còn gọi là nhân tố sinh thái quyết định các dạng, các loài sinh vật khác nhau.
− Các điều kiện sinh tồn của sinh vật + Nhân tố khí hậu
Nhân tố khí hậu có ảnh h−ởng rất nhiều đến sinh vật. Đối với cây xanh, ánh sáng là điều kiện sinh tồn không thể thiếu đ−ợc. Mỗi một loài sinh vật đều có những yêu cầu riêng về những yếu tố của khí hậu : ánh sáng, nhiệt độ, gió, độ ẩm,... ánh sáng rất cần cho cây xanh nh−ng mỗi loại có những đòi hỏi riêng về l−ợng ánh sáng. Trong cùng một khu rừng, các cây sẽ phân hoá thành những loài −a sáng, bên d−ới là những tầng của những loài −a bóng râm. Thiếu ánh sáng cây xanh sẽ dần dần tàn lụi.
Đối với nhiệt độ cũng vậy. Các loài sinh vật có những yêu cầu khác nhau về nhiệt độ. Có những loài −a nhiệt cao, chỉ phát triển ở vùng xích đạo và nhiệt đới. Để thích nghi với sự giảm nhiệt độ, sinh vật có nhiều cách : có thể tàn lụi chỉ để lại hạt, hay rụng lá, hoặc di c−, một số khác lại ngủ đông để đỡ tiêu hao năng l−ợng trong mùa đông khắc nghiệt.
+ Nhân tố n−ớc
N−ớc có ý nghĩa sinh thái rất cao. Có thể nói n−ớc là nhân tố quyết định hoạt động sống của sinh vật và cả phân bố địa lí của chúng, nhất là thực vật. Điều kiện và chế độ n−ớc th−ờng để lại dấu vết ở hình thái bên ngoài của sinh vật. Những loài thực vật −a ẩm th−ờng có lá rộng bản, hệ rễ không phát triển. Dạng −a khô thì th−ờng rụng lá hoặc là những loài cỏ có lá, thân dài và hẹp, hay là những cây lá kim (lá nhỏ để bớt l−ợng bốc hơi). Các cây −a khô th−ờng có rễ phát triển theo chiều sâu (có khi ăn sâu tới 10 − 15m). Động vật sống ở vùng hoang mạc có những loài phải dự trữ n−ớc trong các khoang của cơ thể, hoặc đêm mới đi kiếm ăn.
+ Nhân tố đất
Đất là nhân tố ảnh h−ởng trực tiếp đến quần xã thực vật và động vật. Tuỳ theo các loại đất mà có các loài sinh vật khác nhau và mức độ sinh tr−ởng khác nhau. Những loài −a mặn th−ờng phát triển ở vùng ven biển nơi có đất mặn, các cây này đều có tế bào chứa dung dịch muối nồng độ cao. Với cây trồng cũng vậy, chất đất khác nhau, nhất là những đất có độ phì cao th−ờng sẽ cho năng suất cây trồng cao. Đối với những động vật ở trong đất, th−ờng là những loài không −a ánh sáng, chúng sống ẩn nấp trong đất, do đó sẽ có những cấu tạo đặc biệt để thích nghi với môi tr−ờng. Thí dụ nh− chuột chũi, mắt teo lại không còn tác dụng, đôi bàn chân tr−ớc lại phát triển nh− hai cái xẻng dùng để đào bới và đi lại trong hang.
− Các môi tr−ờng sống của sinh vật
Trong sinh quyển chia ra làm bốn môi tr−ờng : n−ớc, khí, đất và cơ thể của sinh vật (đối với kí sinh trùng).
+ Môi tr−ờng n−ớc : là cái nôi của sự sống. Trong môi tr−ờng n−ớc có những đại biểu của các loài thực vật bậc thấp, các loài động vật không x−ơng sống. Sau khi sự sống thoát khỏi môi tr−ờng n−ớc chuyển lên cạn thì có một số loài sau này trở lại biển nh− : cá voi, cá heo, một số loài sâu bọ. Hầu hết chúng đều giữ nguyên cơ quan hô hấp của những loài trên cạn. Lớp n−ớc phía trên của đại d−ơng thế giới tới độ sâu 100 − 200m có thể nói là chứa đầy những
mạnh. Đây chính là nguồn thức ăn phong phú của các loài sống ở đại d−ơng. Sự sống chỉ không phát triển ở một phần nhỏ thuỷ quyển. Đó là khu vực có nồng độ muối quá cao nh− ở Biển Chết có nồng độ muối 260‰, ở Biển Đen tại độ sâu hơn 200m chứa quá nhiều hiđrô sunfua, ở một số suối khoáng có nhiệt độ trên 1000C sinh vật không thể tồn tại đ−ợc.
+ Môi tr−ờng không khí : là môi tr−ờng mà trong đó sinh vật không sống cố định mà chỉ sống có tính chất tạm thời, đó là những loài biết bay : các loài chim và sâu bọ. Ngoài động vật, trong không khí, vào những thời kì nhất định của quá trình phát triển của thực vật còn có rất nhiều hạt giống, các phấn hoa. Tất cả những thứ này th−ờng không bay cao quá 50 − 100m. Nhìn chung trong khí quyển sự sống chỉ xuất hiện đến độ cao 25 − 30km -ranh giới tầng ôzôn. + Môi tr−ờng đất : Đất vừa là sản phẩm của hoạt động sinh sống của sinh vật vừa là môi tr−ờng sống của sinh vật. Có hai loài sinh vật sống trong môi tr−ờng đất : những loài sinh vật sống trong đất và trên đất, nghĩa là bao gồm toàn bộ động vật và thực vật trên bề mặt Trái Đất.
+ Các cơ thể sinh vật cũng là một môi tr−ờng sống. Trong điều kiện bình th−ờng, bất cứ một c− thể nào cũng có vi khuẩn, vi trùng các loại, virút và các kí sinh trùng khác sống ăn bám.
c) Sự phân bố của sinh vật
− Khu phân bố
Dù sống trong môi tr−ờng nào, mỗi loài thực vật và động vật đều có một khu phân bố nhất định. Đó là khoảng không gian mà mỗi loài sinh vật chiếm lĩnh. Khoảng không gian này không phải chỉ bao hàm có diện tích mà còn tính cả thể tích. Trong một khu phân bố, điều kiện sống của sinh vật th−ờng đồng nhất (nhiệt, ánh sáng, đất,...) và giới hạn sinh thái cho phép chúng tồn tại. Thông th−ờng các khu phân bố này đ−ợc xác định bằng các ch−ớng ngại. Có hai loại ch−ớng ngại : cơ giới và sinh thái. Ch−ớng ngại cơ giới là ch−ớng ngại không v−ợt qua đ−ợc, thí dụ biển sâu với loài ở cạn. Ch−ớng ngại sinh thái là những ch−ớng ngại do khí hậu và thổ nh−ỡng tạo nên : do độ ẩm, nhiệt độ, loại đất,...thí dụ trong một khu rừng vắt chỉ xuất hiện nơi ẩm thấp, nơi có bóng râm. Khu phân bố có thể chia ra hai kiểu : khu phân bố liên tục của một loài là vùng sinh sống mà bên trong không có ch−ớng ngại đáng kể, sinh vật có thể đi lại và sinh sản dễ dàng. Khu phân bố đứt đoạn là khu vực trong đó xuất hiện những trở ngại không thể v−ợt qua đ−ợc. Có thể phân biệt vài loại phân bố đứt đoạn : hiện t−ợng phân bố đứt đoạn xảy ra trên cùng một lục địa thì gọi là sự cách biệt nội địa (thí dụ giống đậu có cả ở bờ đông và bờ tây của Ôxtrâylia mà trong nội địa không thấy có). Nếu hiện t−ợng đứt đoạn do các đại d−ơng thì đó là cách biệt đại d−ơng. Ngoài ra còn có phân bố cách biệt l−ỡng cực : cá voi có ở cả Bắc cực và Nam cực. Khu phân bố có thể chia cắt thành đốm nhỏ, thành từng điểm (ở đỉnh núi hay ốc đảo) hoặc kéo dài theo bãi bồi ven sông hay ven biển.
Bên cạnh những khu phân bố t−ơng đối ổn định đó, nơi mà ng−ời ta có thể khoanh thu đ−ợc, còn thấy những dạng phân bố khác. Có những loài dễ tính, dễ thích nghi với các điều kiện bên ngoài, phân bố rộng rãi trên nhiều đới địa lí khác nhau gọi là khu phân bố thế giới, đó là loài rộng sinh cảnh (ruồi, rau má). Ng−ợc lại có những loài khó tính, chỉ thích nghi với những loại điều kiện đã kén chọn, đó là những loài hẹp sinh thái (thí dụ giun tròn kí sinh trùng trong đ−ờng ruột ng−ời). Có những loài có đặc tính thích nghi rất hẹp, chỉ thích ở một địa ph−ơng nhất định, đó là những loài có tính đặc hữu. Những sinh vật còn sót lại ở một nơi nào
đó gọi là di l−u hay sót, tr−ớc kia chúng phân bố rộng hơn rất nhiều, nay thu hẹp do những nguyên nhân khác nhau : sót địa mạo (điều kiện địa loại thay đổi), sót quần hệ,...
Hiện nay, những hoạt động kinh tế con ng−ời đã tác động và làm thay đổi rất nhiều khu phân bố của sinh vật. Con ng−ời có thể mở rộng hay thu hẹp khu phân bố của sinh vật theo chủ định của mình. Có thể tái thuần hoá, phục hồi lại những loài tr−ớc đây đã tồn tại, sau vì lí do khác nhau mà chúng không còn ở đó nữa.
− Quy luật phân bố của sinh vật
Sự phân bố của sinh vật trên Trái Đất phụ thuộc rất nhiều vào những điều kiện của môi tr−ờng sống, cụ thể phụ thuộc vào những nhân tố khí hậu, đất, n−ớc,... Do vậy, cũng nh− các nhân tố đó, sự phân bố của sinh vật cũng chịu sự chi phối của các quy luật sau :
+ Quy luật địa đới theo chiều ngang
Cũng nh− khí hậu và đất, sinh vật cũng có những đặc điểm khác nhau trong các đới tự nhiên khác nhau từ Xích đạo về hai cực. Điều này thể hiện rất rõ trong sự phân bố của thực vật. Do tính chất có thể di chuyển đ−ợc nên động vật ít phụ thuộc vào môi tr−ờng tự nhiên hơn so với thực vật.
+ Quy luật đai cao theo chiều thẳng đứng
T−ơng ứng với sự phân bố khí hậu và đất theo chiều cao, miền núi cũng có những đai sinh vật thay đổi từ thấp đến cao t−ơng tự nh− những đới thực vật nằm ngang. Đặc biệt ở miền núi có hẳn một đai đồng cỏ riêng biệt khá đặc sắc.
+ Tính địa ph−ơng hay vùng
Tính địa ph−ơng hay vùng thể hiện rất rõ trong sự phân bố của sinh vật. Với h−ớng s−ờn khác nhau sẽ thấy có những loài sinh vật khác nhau. Thí dụ ở s−ờn Đông Tr−ờng Sơn nóng ẩm thấy có phân bố trĩ sao, các loại gà lôi quý thuộc họ gà, trong khi đó tại s−ờn Tây không thấy có những loại gà này.