Биосфера

На этой странице вы узнаете

• Может ли под водой идти снег?
• Сколько времени человек может прожить без воды?
• Почему нитраты опасны для здоровья человека?

Планета Земля — это удивительный голубой шар, который является нашим домом. Но как только человек начинает думать, что он знает о своем доме все, Земля открывает новые тайны. Основная тайна так и осталась для нас пока не открытой, как создать биосферу? Пока лучшие умы человечества отгадывают эту загадку, давайте узнаем о структуре биосферы.

Биосфера — глобальная экосистема

Биосфера представляет собой глобальную экосистему, в которой постоянно происходит круговорот веществ и энергии.

Представим, что конфета — это наша Земля. Шоколадная глазурь, которая сверху, — это озоновый экран. А начинкой конфеты (как разнообразные вкусы) является все многообразие видов живых организмов. Проще говоря, биосфера — это слой Земли, где есть жизнь. 

Впервые о понятии «биосфера» заговорил Ж.Б. Ламарк в 1802 году, но окончательно в науку это понятие ввел Эдуард Зюсс в 1875. Э. Зюсс говорил о биосфере как о пленке жизни, которая покрывает Землю и которая определяет лик Земли. Но в связи с тем, что эти два ученых не обладали теми знаниями, которыми обладаем мы с вами, их суждения были поверхностными и неверными. Поэтому научное обоснование понятие «биосфера» дал русский ученый Владимир Иванович Вернадский в 1925 году. 

Согласно В.И. Вернадскому, биосферу составляют все живые организмы и их останки, а также части атмосферы, гидросферы и литосферы, в которых возможна жизнь. Но в биосфере, в отличие от всех других оболочек Земли, происходит круговорот веществ и энергии. 

Биосфера — это оболочка планеты, которая была создана и заселена живыми организмами.

Границы биосферы определяются границами расселения живых организмов. Выделяют 3 основных слоя, составляющие биосферу: гидросфера, атмосфера и литосфера. 

1. В атмосфере (воздушная оболочка Земли) выделяют 3 слоя. Нижний слой, который плотно прилегает к Земле, называют тропосферой. Верхняя часть тропосферы примыкает к озоновому слою и выше его находится стратосфера.

Земля имеет не идеально шаровидную форму, поэтому границы тропосферы отличаются в разных местах планеты. Живые организмы обитают и встречаются только в тропосфере (протяженность на полюсах 8—10 км, на экваторе 18—20 км). Озоновый слой содержит высокую концентрацию озона. Озон выступает в роли зеркала. Когда на него подает ультрафиолетовые лучи, он их просто отражает. Такое функционирование озона защищает все живое, так как ультрафиолет может спровоцировать появление мутаций.

Лимитирующий фактор (ограничивает процесс развития) — ультрафиолетовое излучение.

2. В литосфере живые организмы встречаются до глубины около 4,5 км. Человек пока смог достичь глубины 12 км, благодаря постоянному бурению. Кольская сверхглубокая скважина остается пока самым глубоким вторжением человека в земную кору. 

Лимитирующий фактор — температура.

3. Гидросфера (водная оболочка Земли) имеет самую глубокую точку, которая располагается на дне Марианской впадины на западе Тихого океана. Она составляет 11 км. Самое удивительное, что на этой глубине были найдены пластиковые пакеты. Пагубное влияние деятельности человека может достигать и такой глубины.

Лимитирующий фактор — солнечный свет.

Основная биомасса живых организмов сосредоточена в 300-метровой зоне, потому что только в этой зоне достаточное количество солнечного света для протекания фотосинтеза. 

Может ли под водой идти снег? В наиболее глубоких слоях гидросферы встречаются такие организмы, как полипы, черви, рыбы. Это гетеротрофные организмы, питающиеся органическими остатками, которые падают сверху. Биологи такое явление называют органическим снегом.

Составные компоненты биосферы:

1. Живое вещество — это совокупность всех живых организмов.
   
2. Биогенное вещество — это результат частичной геологической переработки тел живых организмов (нефть, уголь, газ, торф).

3. Косное вещество — это вещество, образованное без участия живых организмов (гранит, кварц, алмаз).

Важно запомнить: косное вещество не связано с костями, и пишется без буквы «Т».

4. Биокосное вещество — это совместный результат деятельности живых организмов и компонентов неживой природы (почва).

Функции живого вещества

Все компоненты биосферы находятся в постоянном динамическом взаимодействии друг с другом. Основу этого взаимодействия составляют специфические функции живого вещества.

1. Концентрационная — химические элементы избирательно накапливаются в теле живых организмов.

• 

• 

2. Газовая — обеспечение газового состава атмосферы Земли во время дыхания и фотосинтеза.

При фотосинтезе из атмосферы извлекается углекислый газ, взамен которого выделяется кислород. Затем кислород в процессе дыхания поглощается организмами и расходуется на протекание процессов окисления органических веществ. Побочным продуктом дыхания является углекислый газ, который опять возвращается в атмосферу. 

3. Энергетическая — поглощение растениями солнечной энергии, и дальнейшее ее преобразование во время фотосинтеза в энергию химических связей, а затем передача этой энергии по цепи питания.

4. Окислительно-восстановительная — в процессе жизнедеятельности живого организма происходит ряд процессов обмена химических веществ, а именно окисление и восстановление. Более подробно об этом вы сможете прочитать в статье «Фотосинтез, хемосинтез, энергетический обмен».

5. Деструктивная — процессы разложения мертвых тел организмов вплоть до минерализации и возвращения неорганических соединений в круговорот веществ.

6. Средообразующая — жизнедеятельность живых организмов может изменять среду обитания, формировать почву, изменять или поддерживать состав атмосферы и гидросферы.

• 

• 

Биологический круговорот и превращение энергии в биосфере, роль в нем организмов разных царств

Как было сказано ранее, биосфера — это глобальная экосистема. Для существования любой экосистемы необходим постоянный круговорот веществ. Круговороты веществ разнообразны по масштабу и качеству процессов. Мы с вами разберем четыре основных круговорота веществ.

Круговорот воды

Если мы посмотрим с космоса на нашу планету, то она нам покажется голубым шаром. Дело в том, что большая часть поверхности занята водой. 

Давайте немного вспомним химию. Вода — единственное в мире вещество, которое встречается во всех трех агрегатных состояниях. В жидком состоянии в морях, реках и озерах, в газообразном в виде пара и в твердом в качестве снега или льда. 

Круговорот воды происходит под влиянием Солнца и силы тяжести.

1. Испарение — вода на поверхности водоемов под действием солнечного тепла превращается в пар или вода испаряется растениями (транспирация).
2. Конденсация — пар в атмосфере соприкасается с потоками холодного воздуха, охлаждается и снова преобразуется в жидкость. Вы можете ее увидеть в виде росы на траве или на небе в виде облаков. 
3. Выпадение осадков — попадая на землю, вода просачивается сквозь почву, питает растения и попадает в подземные потоки.

Сколько времени человек может прожить без воды? Если человек находится в оптимальных климатических условиях, он может прожить без воды 7 дней. Недостаток воды человек уже чувствует на 3 сутки. Потеря 10% воды сопровождается снижением сердечной деятельности, снижением аппетита, мышечной дрожью, сухостью слизистых оболочек. При потере 20% наступает смерть.

Круговорот углерода

Каждый живой организм имеет в своем составе молекулы углерода. Атомы углерода постоянно мигрируют из одной части биосферы в другую. Большая часть запаса углерода находится в атмосфере, где он представлен в виде углекислого газа. 

Как происходит круговорот углерода?

1. Растения поглощают из атмосферы углекислый газ во время фотосинтеза.
2. Происходит образование глюкозы во время фотосинтеза.
3. Дальше путь углерода может идти в двух направлениях. Если растение погибло, то при разложении — углекислый поступает в атмосферу, либо преобразуется в нефть, уголь, газ. Если растение съест растительноядное животное, то во время дыхания он вернется в атмосферу. Каждый раз, когда мы дышим, мы участвуем в круговороте углерода, потому что выдыхаем CO2. 

Круговорот азота

Мы окружены азотом. Фактически воздух, которым мы дышим, состоит из 80% азота. Атомы азота — это настоящие туристы, за время своего путешествия они посещают бактерии, растения, почву, нас с вами и бутерброд, который вы съели сегодня утром. 

Как происходит круговорот азота?

1. Атмосферный азот поступает из атмосферы в почву. 
2. Растения его поглотить не смогут, поэтому требуется помощь азотфиксирующих бактерий. Они находятся на корнях бобовых культур. Они фиксируют азот из атмосферы и превращают в амоний.
3. Затем за работу принимаются нитрифицирующие бактерии. Они превратят амоний в нитриты, а затем в нитраты.
4. Нитраты поглощаются растением и преобразуются в органические вещества.
5. Растительноядные животные поедают растения.
6. Затем растение и животное умирают, и в работу включаются денитрифицирующие бактерии. В результате денитрификации азот опять возвращается в атмосферу. 

Почему нитраты опасны для здоровья человека? Когда наступает лето, на наши столы попадают свежие фрукты и овощи. В это время СМИ начинают публиковать различные посты о содержании во фруктах и овощах большого количества нитратов. Зачем нам эта информация?  Дело в том, что при избытке нитратов в организме, человек испытывает гипоксию (кислородное голодание), пониженное артериальное давление. Также могут возникать заболевания щитовидной железы, нарушаться работа желудочно-кишечного тракта, повышаться риск проявления онкологических заболеваний.

Круговорот фосфора

Фосфор — один из важных химических элементов всего живого. Он входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ, белков.

Разберем процесс круговорота фосфора:

1. Фосфор накапливается в отложениях, которые образовались в прошлых геологических эпохах. 
2. Растения поглощают фосфор в виде растворенных фосфатов водного раствора.
3. Затем он транспортируется уже к другим организмам через пищевые цепи.
4. В организме животных он окисляется и выделяется в атмосферу при разложении бактериями остатков продуктов жизнедеятельности.
5. Когда организм умирает, организмы-редуценты минерализируют органические вещества мертвых организмов в неорганические фосфаты, которые вновь могут быть использованы растениями.

Эволюция биосферы

Современная биосфера, то что мы видим сейчас, была создана не за один день. Это результат длительной эволюции. 

В.И. Вернадский в своем труде «Учение о биосфере» выделял три этапа эволюции:

1. Возникла жизнь и первичная биосфера. На этом этапе происходили естественные биохимические, геологические и климатические изменения.
2. Биологическая эволюция — возникновение одноклеточных и многоклеточных организмов.
3. Появление человека разумного и образование общества.

Более подробно обо всех этапах эволюции живого мира и человека вы можете прочитать в статьях «Основные этапы эволюции органического мира на Земле» и «Антропогенез».

Фактчек

• Биосфера — это оболочка планеты, которая была создана и заселена живыми организмами.
• Границы биосферы определяются границами расселения живых организмов. Выделяют 3 основных слоя, составляющие биосферу: гидросфера, атмосфера и литосфера. 
• Составные компоненты биосферы: живое вещество, косное, биогенное и биокосное вещество.
• Функции живого вещества: средообразующая, газовая, энергетическая, концентрационная, окислительно-восстановительная, деструктивная.
• Биосфера — это глобальная экосистема, залог ее устойчивости заключается в постоянном круговороте веществ и энергии.
• В круговоротах углерода, азота и фосфора основная роль принадлежит живым организмам. 
• Основу круговорота углерода в биосфере обеспечивают фотосинтез и дыхание.

Проверь себя

Задание 1.
Примером окислительно-восстановительной функции живого вещества является:

1. Образование торфа.
2. Накопление лития в лютике. 
3. Образование кислорода в процессе фотолиза воды.
4. Выделение в атмосферу углекислого газа во время дыхания.

Задание 2.
Какой ученый дал научное определение понятию «биосфера»?

1. Э. Зюсс
2. Ж.Б. Ламарк
3. К.Линней
4. В.И. Вернадский

Задание 3.
Что такое косное вещество?

1. Все живые организмы.
2. Вещество, образованное без участия живых организмов. 
3. Вещество, образованное с участием живых веществ.
4. Вещество, образованное совместно с живой и неживой природой.

Задание 4.
Выберите пример биогенного вещества:

1. почва
2. ил
3. известняк
4. морская соль

Ответы: 1. — 3; 2. — 4; 3. — 2; 4. — 3.