Тема 5.3. биосфера

Вещественный состав биосферы

Состав биосферы можно рассматривать с различных точек зрения. Если говорить о вещественном составе, то в нее входит семь различных частей:

• Живое вещество – совокупность живых существ, населяющих нашу планету. У них элементарный состав, а в сравнении с остальными оболочками они имеют малую массу, питаются солнечной энергией, распределяя ее в среде обитания. Все организмы составляют мощную геохимическую силу, распространившись по земной поверхности неравномерно.
• Биогенное вещество. Это те минерально-органические и чисто органические компоненты, которые были созданы живыми существами, а именно горючие полезные ископаемые.
• Косное вещество. Это неорганические ресурсы, которые образовываются без участи живых существ, сами по себе, то есть кварцевый песок, различные глины, а также водные ресурсы.
• Биокосное вещество, получаемое благодаря взаимодействию живых и косных компонентов. Это почва и породы осадочного происхождения, атмосфера, реки, озера и другие поверхностные акватории.
• Радиоактивные вещества, такие как элементы урана, радия, тория.
• Рассеянные атомы. Они образуются из веществ земного происхождения, когда на них влияет космическое излучение.
• Космическое вещество. На землю попадает тела и вещества, образованные в космическом пространстве. Это могут быть как метеориты, так и осколки с космической пылью

Требования к жизни

Для жизни организмов должны существовать определенные условия окружающей среды (например, правильная температура и влажность), а организмы должны снабжаться энергией и питательными веществами (пищей). Все животные и минеральные вещества, необходимые для жизни, содержатся в биосфере Земли. Питательные вещества, содержащиеся в мертвых организмах или продуктах жизнедеятельности клеток, превращаются обратно в соединения, которые другие организмы могут повторно использовать в качестве пищи.Термины, которые следует знать, рассматривая биосферу:

• Разложение – распад сложных молекул, из которых состоят мертвые организмы, на простые питательные вещества, которые могут быть повторно использованы живыми организмами.
• Энергия – энергия, которая может быть использована для выполнения работы и жизнедеятельности, например, солнечная энергия.
• Глобальное потепление – потепление атмосферы в результате увеличения концентрации газов, которые накапливают тепло, например, таких как углекислый газ.
• Питательное вещество – молекулы, которые организмы получают из окружающей среды. Они используются для роста, энергии и различных других клеточных процессов.
• Цикл питания – цикл перехода биологически важных элементов из одной молекулярной формы в другую и обратно в исходную форму.
• Фотосинтез – процесс, при котором растения собирают световую энергию солнца и используют ее для преобразования углекислого газа и воды в кислород и органические молекулы, необходимые для жизнедеятельности организмов в биосфере.
• Дыхание – химическая реакция между органическими молекулами и кислородом, при которой производится углекислый газ, вода и энергия.

Основными элементами или химическими строительными блоками, составляющими все живые организмы, являются углерод, кислород, азот, фосфор и сера. Организмы способны усваивать эти элементы только в том случае, если они содержатся в полезных химических формах в качестве питательных веществ. В процессе, называемом круговоротом питательных веществ, элементы преобразуются из одной химической формы в другую, а затем обратно в первоначальную форму. Например, двуокись углерода извлекается растениями из воздуха и добавляется в органические соединения (такие как углеводы) путем фотосинтеза. Углекислый газ возвращается в атмосферу, когда растения и животные разрушают органические молекулы (процесс, известный как дыхание) и когда микроорганизмы разрушают отходы и ткани от мертвых организмов (процесс, известный как разложение).
Рис. 2. Геосфера Земли

Особенности распределения биомассы на Земле

Состав и распределение биосферы – один из интереснейших вопросов в биологии.

Биосфера включает в себя огромное количество растений, животных и других форм жизни нашей планеты. Термин «ноосфера», предложенный Вернадским в начале 20-го столетия, получил широкое распространение.

Биогенные вещества — созданные в процессе жизнедеятельности организмов соединения, например, природный газ, нефть, известняк.

Изучение биомассы крайне важно для понимания климатических сдвигов, путей передачи и трансформации углерода и других элементов.
Разнообразие живых и неживых организмов, взаимодействующих между собой, обменивающихся веществами, называется экосистемой. Приспособленность видов к условиям существования происходит непрерывно.
Биосфера имеет четкую структурную организацию и является глобальной экосистемой планеты

В.И. Вернадский создал учение о роли живых организмов, о воздействии живого на преобразование земной коры. Состав биосферы и свойства зависят от взаимодействия её биотического и абиотического компонентов.
Основной объем массы живой материи приходится на растительный мир, он составляет 80% от биомассы планеты. На втором месте, после растений, идут бактерии. Ученые, с использованием углеродного метода, определили, что все живые организмы содержат суммарно 550 миллиардов тонн углерода.
Биомасса суши составляет почти 99,9%. Это объясняется большой массой продуцентов на поверхности Земли.
Наибольшая плотность жизни отмечается в тех зонах, где виды специфически приспособились к совместному существованию.
К структурообразующим факторам биосферы относят свет, как условия формирования и усовершенствования жизни. Под воздействием микроорганизмов, растений и животных сформировался почвенный слой.
В почве обитает больше редуцентов. К ним относятся бактерии и грибы, которые разлагают останки живых существ до неорганических веществ. В почве происходит особый газообмен. Ночью, при охлаждении и сжатии газов, в неё проникает некоторое количество воздуха, его поглощают и перерабатывают почвенные организмы.
Почвенные микроорганизмы играют важную роль в круговороте веществ, в почвообразовании и формировании плодородного слоя. Большая биомасса почвы, в сочетании с высоким видовым разнообразием, обеспечивает сложность экосистем.
Почвенные организмы включают в круговорот веществ биосферы важнейшие химические соединения.
В морской биомассе содержится больше консументов, чем продуцентов. В состав океанической и морской воды входят минеральные соли. Микроорганизмы, живущие в океанических термальных источниках, являются хемотрофами, основными продуцентами океанического дна.
Несмотря на многообразие водных обитателей, их можно поделить на 3 группы, с учетом мест обитания в воде. Между каждой группой организмов существуют тесные связи, они обмениваются веществом и энергией. В современном мире воздействие человека на биомассу океана огромно.
Бентосные организмы в океане живут на дне и в грунте. Фитобентос: зеленые, бурые, красные водоросли встречаются на глубине до 200 м. Зообентос представлен животными.
Воздушная среда характеризуется значительным количеством кислорода, солнечной энергии, но в ней, зачастую, не хватает влаги. Поэтому, обитатели засушливых мест имеют специальные приспособления для добычи, запасания и экономной траты драгоценной влаги. Разнообразие этой среды представлено разнообразием жизни в ней.
Каждому наземному биогеоценозу присущи свои черты. Так, в экваториальных биоценозах сильно развита конкуренция за обладание местом обитания, пищей, светом и кислородом.

В современном мире огромное влияние на биомассу оказывает человек. Сокращаются площади, производящие живую массу.

Смотри также:

• Изменения в экосистемах под влиянием деятельности человека
• Агроэкосистемы, основные отличия от природных экосистем.
• Биологический круговорот и превращение энергии в биосфере, роль в нем организмов разных царств. Эволюция биосферы

Это интересно: ТОП 14 удивительных загадок природы — характеристика и фото

Живое вещество, его функции

В основе концепции глобальной экосистемы заложено понимание термина «живое вещество». Большую часть живого вещества составляет земная растительность (около 90%). Данное вещество является самым мощным энергетическим, а также геохимическим фактором, его можно смело назвать основным фактором развития биосферы.

Как известно, источником биохимической активности живых организмов является солнечная энергия, без которой не сможет произойти такой важный процесс как фотосинтез.

С самого своего появления жизнь не стоит на месте, а постоянно развивается. Тем самым, влияя на окружающую среду и, в определенной мере, изменяя ее.

Исходя из этого, можно с полной уверенностью сказать, что эволюционный процесс экосистемы и всей органической жизни проходит параллельно.

Жизнь на нашей планете появилась около четырех миллиардов лет назад, с этого самого момента на Земле и сформировалась биосфера. Огромный вклад в образование биосферы внесли цианобактерии. Они первыми освоили кислородный фотосинтез. Других претендентов на производство атмосферы не существовало в мире прокариотов.

Живая оболочка Земли — это не только сфера, в которой находится все живое, но и совместный результат деятельности организмов. Вещество и биосфера неразделимы. Биосферный уровень включает в себя все живое вещество планеты.

Геологический круговорот веществ происходит в течение многих тысяч и миллионов лет. В процессе круговорота образуется живое вещество из неорганических соединений, впоследствии органика распадается на неорганические компоненты.

Важнейшим результатом биогеохимических преобразований органического вещества можно считать кислородную революцию. Огромный вклад в это биогеохимическое изменение внесли древнейшие организмы — цианобактерии. Именно они явились родоначальниками фотосинтеза, в результате которого выделялся кислород, изменивший до неузнаваемости облик нашей планеты.

Значение биосферы в природе

Значение биосферы как глобальной экосистемы планеты трудно переоценить. Исходя из функций оболочки всего живого, можно осознать ее значимость:

• Энергетическая. Растения являются посредниками между Солнцем и Землей, и, получая энергию, часть ее распространяется между всеми элементами биосферы, а часть используется для образования биогенного вещества.
• Газовая. Регулирует количество разных газов в биосфере, их распределение, превращение и миграцию.
• Концентрационная. Все существа выборочно извлекают биогенные компоненты, поэтому они могут быть как полезными, так и опасными.
• Деструктивная. Это разрушение минералов и горных пород, органических веществ, что способствует новому обороту элементов в природе, в ходе чего появляются новые живые и неживые вещества.
• Средообразующая. Влияет на условия окружающей среды, состав атмосферных газов, пород осадочного происхождения и земельного слоя, качество водной среды, а также на баланс веществ на планете.

Долгое время роль биосферы была недооцененной, так как в сравнении с иными сферами масса живого вещества на планете очень мала. Несмотря на это, живые существа являются могучей силой природы, без которой были бы невозможны многие процессы, а также сама жизнь. В процессе деятельности живых существ, их взаимосвязей между собой, влияния на неживую материю, формируется сам мир природы и облик планеты.

Экология — контроль и защита биосферы

Охрана окружающей среды (также прикладная экология или энвайронментология) —
комплекс мер, предназначенных для ограничения отрицательного влияния человеческой деятельности на природу.

Также смотрите термины по экологии.

Интересные факты по экологии

• На первом месте по выбросам в атмосферу парниковых газов стоят
  США, Китай, Россия, Бразилия и Индия.
• Золотая лихорадка в Калифорнии закончилась более века назад, но загрязнение природы ртутью,
  которую использовали для обогащения руды, продержится еще не менее 10 000 лет.
  В течение этого времени она будет за счет эрозии поступать в питьевую воду и стекать в океан.
  Там она будет попадать в морепродукты и отравлять потребителей.

Библиография по сохранению окружающей среды

Также смотрите литературу
о влияниее Солнца и планет на экологическую обстановку, а также труды по биофизике.

• Кукпев Ю.И. Физическая экология. — М.: Высшая школа, 2001. — 357 с.
• Современные проблемы изучения и сохранения биосферы.
  Том 1. Свойства биосферы и ее внешние связи. Спб, Гидрометеоиздат. 1992. — 288 с.
• Эволюция и биоценотические кризисы. Ответственные редакторы академик Л. П. Татаринов,
  доктор биологических наук А. П. Расницын. Москва, «Наука» 1987. — 161 с.

Главная  
Науки о природе  
Биология :

Биохимия |
Биогенез |
Генетика |
Эволюционная теория |
Биокризисы |
Палеонтология |
Биоадаптации |
Биосфера |

Ультрамикробы |
Вирусология |
Микробиология |
Ботаника |
Микология |
Зоология |

Биопорталы |
Биоцентры |
Биотермины |
Биокнига |
Работы автора

На правах рекламы (см.
условия):

Алфавитный перечень страниц: А | Б | В | Г | Д | Е (Ё) | Ж | З | И | Й | К | Л | М | Н | О | П | Р | С | Т | У | Ф | Х | Ц | Ч | Ш | Щ | Э | Ю | Я | 0-9 | A-Z (англ.)

Ключевые слова для поиска сведений о биосфере и экологии: На русском языке: биосфера, мегабиосфера, экология, живое вещество, защита флоры и фауны, гомеостаз биоценозов, зообентос, фитобентос, пищевые цепи, пищевая пирамида, экологические ниши, филогения сообществ организмов, сингенез, сингенетика, коэволюция, мутуализм, симбиоз; На английском языке: biological web-sites, bio-web.

«Сайт Игоря Гаршина», 2002, 2005.
Автор и владелец — Игорь Константинович Гаршин
(см. резюме).

Пишите письма
().

Страница обновлена 20.08.2020

«Биосфера. Ареал. Почва»

Биосфера – область активной жизни организмов, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые взаимосвязаны сложными биохимическими процессами перераспределения вещества и энергии. Границы ее понимаются различно, в зависимости от подхода к ее изучению.

Наиболее полно значение этой оболочки выявлено в учении о биосфере, созданном В. И. Вернадским. Биосфера включает в себя не только область приповерхностного сосредоточения современной жизни, но и части других геосфер, в которые проникает живое вещество и которые преобразованы в результате его деятельности. Таким образом, биосфера объединяет не только живые организмы, но и всю среду их современного и былого обитания. По В. И. Вернадскому, эта «сфера жизни» объединена биогенной миграцией атомов. Живое вещество реально проявляется в виде отдельных (дискретных) живых организмов, различающихся составом, строением, образом жизни и принадлежащих к различным видам.

Функции биосферы:

• газовая — выделение кислорода, поглощение углекислого газа; восстановление азота;
• концентрационная — накопление организмами химических элементов, рассеянных во внешней среде;
• окислительно-восстановительная — окисление и восстановление веществ в ходе фотосинтеза и энергетического обмена;
• биохимическая — реализуется в процессе обмена веществ;
• энергетическая — связана с использованием и преобразованием энергии.

Ареал и биомасса.

На Земле существует (по разным данным) от 1,2 до 2 млн. видов животных и растений. Из них на долю растений приходится примерно 1/3 общего числа видов. Из животных по числу первое место занимают насекомые (около 750 000), второе — моллюски (по разным данным, от 40 000 до 100 000), затем идут позвоночные (60 000—70 000 видов). Из растений на первом месте — покрытосеменные (по разным данным, от 150 000 до 300 000 видов), затем грибы (от 70 000 до 100 000 видов).

Числом видов растений и животных измеряется богатство флоры и фауны. Однако обилие видов еще не означает обилия особей, так же как и бедность флоры и фауны видами может сопровождаться чрезвычайным обилием особей. Поэтому для характеристики растительности и животного мира, в отличие от флоры и фауны, пользуются понятиями биомассы (общей массы организмов) и биологической продуктивности — способности организмов к воспроизводству биомассы в единицу времени (на единицу площади или объема местообитания). По биомассе организмы распределяются иначе, чем по числу видов: биомасса растений на суше значительно больше, чем животных.

Почва

Почва – особое природное образование, верхний слой земной коры, обладающий плодородием. Возникает в результате преобразования коры выветривания под воздействием воды, воздуха и организмов. На формирование почвы влияют многие факторы:

• свойства материнской породы, которые определяют физические свойства почвы и изначальное содержание в ней элементов питания;
• климат влияет на ход выветривания горных пород, на интенсивность процессов почвообразования, характер растительности и животного мира;
• растительность определяет количество и состав растительного опада, который потом превращается в гумус; одновременно она извлекает питательные элементы из почвы, рыхлит ее;
• животные и микроорганизмы влияют на разложение опада и формирование гумуса, рыхлят почву.

Мелиорация почв, вырубка лесов, внесение удобрений, производимые человеком, также играют определенную роль в почвообразовании.

Конспект урока «Биосфера. Ареал. Почва». Следующая тема: «»

Жизнь в безлесных пространствах

На равнинах внутренних частей материков расположены безлесные пространства. Здесь ощущается постоянная нехватка влаги, поэтому не могут произрастать крупные деревья. Влаги хватает только травам и кустарникам. На разных материках безлесное пространство именуется по-разному. В Евразии их называют степями, Северная Америка знаменита своей прерией, в Южной Америке – это пампа. Растения степей в основном злаки, причем низкорослые. Из животных в степях встречаются различные травоядные и соответственно хищники. Однако преобладают в основном мелкие грызуны.

Степи России очень сильно подвержены воздействию хозяйственной деятельности человека. В связи с этим многие животные и растения находятся под угрозой исчезновения.

Зона степей

Зона прерий во многом схожа со степями в плане растительности и животного мира. Однако стоит отметить обитателей данных пространств – бизонов. Ранее в Северной Америке встречались повсеместно, но были практически уничтожены и в данное время занесены в Красную книгу.

Бизоны

Пампа – это природная зона Южной Америки, которая также представлена злаковой растительностью. Здесь растут ковыли, пампасная трава и другие травы.

Пампасная трава

Хищников встречается немного, но достаточное количество птиц и грызунов. Интересным обитателем памп считается нелетающая птица – страус нанду.

Страус нанду

Безлесные пространства со скудной растительностью в Африке получили название саванны. В зоне саванн встречаются различные виды акаций, пальмы, злаки. Из животных саванн можно отметить зебр, жирафов, носорогов, бегемотов, львов, гепардов, многочисленны птицы.

Саванны Африки

Зонами засушливого климата являются пустыни и полупустыни. Расположены они в тропическом и умеренном поясе, присутствуют на всех материках. Суровый климат пустынь и полупустынь с малым количеством осадков способствовал выработке определенных приспособлений у животных и растений. К примеру, у некоторых растений очень длинные корни для добычи влаги, другие запасают влагу в листьях или стеблях.

Зона пустынь

Самой большой пустыней в мире является Сахара, расположенная на материке Африка. Растительность здесь очень скудная, местами ее нет вообще. Животные приспособлены к условиям пустынного существования. Они способны в поисках воды и пищи пробегать большие расстояния. Встречаются в данной области антилопы, газели, страусы, гиены, львы, ящерицы, черепахи, змеи.

Сахара

На севере располагается зона тундры, в которой очень холодная зима и прохладное лето. Повсеместно распространена многолетняя мерзлота. Основной растительностью тундры являются мхи, лишайники, небольшие травы, кустарники, которые приспособились к суровым условиям. В тундре немногочисленный состав животных — обитают мелкие грызуны, полярные зайцы, лисицы, волки, многие виды птиц. Зона тундры есть и в России, именно здесь можно встретить стада северных оленей.

Северные олени

Севернее тундры находится арктическая пустыня. Она целиком лежит в арктическом климатическом поясе, для которого характерны сильные морозы и ветры, постоянный снежный покров. Растительность представлена лишайниками и мхами.

Арктическая пустыня

Связь биосферы с другими оболочками Земли

Все составляющие части биосферы находятся в тесной взаимосвязи с другими оболочками Земли. Это проявление можно увидеть в биологическом круговороте, когда животные и люди выделяют углекислый газ, он поглощается растениями, которые во время фотосинтеза выделяют кислород. Таким образом, эти два газа постоянно регулируются в атмосфере благодаря взаимосвязям различных сфер.

Одним из примеров является почва – результат взаимодействия биосферы с другими оболочками. В этом процессе принимают участие живые существа (насекомые, грызуны, пресмыкающиеся, микроорганизмы), растения, вода (подземные воды, атмосферные осадки, водоемы), воздушная масса (ветер), почвообразующие породы, солнечная энергия, климат. Все эти компоненты медленно взаимодействуют между собой, что способствует образованию почвы в среднем со скоростью 2 миллиметра в год.

Когда компоненты биосферы взаимодействуют с живыми оболочками, образуются горные породы. В результате влияния живых существ на литосферу образовываются залежи каменного угля, мел, торф и известняки. В ходе взаимовлияния живых существ, гидросферы, солей и минералов, определенной температуры образуются кораллы, а из них, в свою очередь, появляются коралловые рифы и острова. Также это позволяет регулировать солевой состав вод Мирового океана.

Различные виды рельефа являются прямым результатом связи биосферы с другими оболочками земли: атмосферой, гидросферой и литосферой. На ту или иную форму рельефа влияет водный режим местности и осадки, характер воздушных масс, солнечное излучение, температура воздуха, какие виды флоры здесь произрастают, какие животные населяют эту территорию.

Есть ли жизнь в пустыне?

Когда мы произносим слово «пустыня», перед глазами встаёт безжизненный пейзаж и песчаные барханы. Но, кроме песчаных, существуют каменистые, глинистые, солончаковые и даже ледяные пустыни. Пустыни занимают больше 10% суши, а с учётом Антарктиды их более 1 /5, и площадь их растёт. Пустыни распространены там, где из-за особенностей рельефа и атмосферной циркуляции выпадает мало осадков. Они тянутся широкой полосой через Северную Африку, Аравийский полуостров, Западную и Среднюю Азию до Китая. Они встречаются во внутренних районах Евразии, Африки, Австралии и обеих Америк.

Пустыня Намиб

Особое место занимают пустыни, тянущиеся вдоль западных побережий Америки, — Калифорнийская в Северной и Атакама в Южной, а также Намиб в Африке. Они образовались там из-за того, что неподалёку в океане проходят холодные течения, поэтому иногда по нескольку лет не выпадает ни капли дождя.

 Во многих пустынях зимы холодные и снежные. Весной, когда тают снега и ледники в горах, появляются жёлтые и красные тюльпаны. Их век недолог. Быстро наступает жаркое лето, и от тюльпанов и прочих весенних растений не остаётся и следа. Но под землёй сохраняются их луковицы, в которых запасены питательные вещества и вода, чтобы весной вернуться к жизни.

Летом воздух в пустынях днём нагревается иногда до +60 °C, а поверхность раскаляется до +80 °C. Чтобы поджарить яичницу, достаточно поместить сковороду на песок или камень. Ночью температура может опуститься до нуля, так что от резкого охлаждения камни иногда взрываются.

Самая большая в мире пустыня Сахара по площади больше, чем материк Австралия, а крупнейшая пустыня Евразии Гоби занимает более 1,3 млн. км2, что вдвое превышает территории таких стран, как Украина или Франция.

Летом в пустыне остаются растения, умеющие запасать воду в стебле или листьях — это обладатели длинных корней, способных дотянуться до подземных вод. Змеи, ящерицы, черепахи привыкли обходиться той водой, которую получают вместе с пищей.

Крупные животные — газели, антилопы — пробегают в поисках воды сотни километров, а мелкие — тушканчики, ушастые ежи — ведут ночной образ жизни, пережидая дневной зной в норах, или впадают в спячку на весь засушливый период. В наши дни иногда удаётся вернуть часть пустыни к жизни. Так, в Израиле на территориях, где несколько десятилетий назад не было ничего, кроме щебня и песка, сейчас раскинулись поля и стоят теплицы, где выращивают розы и гвоздики, огурцы и помидоры, дыни, киви, манго, авокадо, клубнику и цитрусовые. К каждому растению подведён шланг для полива, чтобы ни одна капля воды не пропадала зря.

Лиса фенек

13.1. Биосфера как оболочка Земли

Кроме биосферы Зюсс выделил еще три оболочки – атмосферу, гидросферу и литосферу.

Атмосфера – самая наружная газообразная оболочка Земли, она простирается до высоты 100 км. Основные составляющие атмосферы – азот (78%), кислород (20,95%), аргон (0,93%), диоксид углерода (0,03%). Атмосфера является отчасти продуктом жизнедеятельности организмов, так как кислород атмосферы – это результат деятельности фотосинтезирующих организмов – цианобактерий и растений. На высоте 20‑45 км расположен озоновый слой, содержание озона в нем примерно в 10 раз выше, чем в атмосфере у поверхности Земли. Этот слой защищает поверхность планеты от избытка ультрафиолетовых лучей, неблагоприятно влияющих на живые организмы.

Между атмосферой и земной поверхностью происходит постоянный обмен теплом, влагой и химическими элементами.

На состояние атмосферы влияет хозяйственная деятельность человека, благодаря которой в ней появились метан, оксиды азота и другие газы, вызывающие атмосферные процессы – парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислые дожди, смог.

Гидросфера оказывается не сплошной оболочкой: моря и океаны покрывают Землю только на 2/3, остальное занято сушей. На суше гидросфера представлена фрагментарно – озерами, реками, грунтовыми водами (табл. 13).

Таблица 13 Распределение водных масс в гидросфере Земли (по Львовичу, 1986)

Гидросфера на 94% представлена солеными водами океанов и морей, а вклад рек в водный бюджет планеты в 10 раз меньше, чем количество водных паров в атмосфере. Три четверти пресной воды недоступны организмам, так как законсервированы в ледниках гор и полярных шапках Арктики и Антарктиды.

Гидросфера испытывает все возрастающее влияние хозяйственной деятельности человека, которая ведет к нарушению рассматриваемого ниже биосферного круговорота воды (ускорение процесса таяния ледников, уменьшение количества жидкой пресной воды и увеличение парообразной воды в результате испарений мелиорированных агроэкосистем.

Литосфера – это верхняя твердая оболочка Земли, мощность которой составляет 50‑200 км. Верхний слой литосферы называется земной корой. Вещества, слагающие литосферу, частично образованы за счет деятельности организмов, и это не только торф, каменный уголь, горючие сланцы, но и куда более распространенный карбонат кальция, образовавшийся из моллюсков и других морских животных. Совершенно особую среду представляет собой почва (см. 2.6), находящаяся на границе литосферы и атмосферы.

В настоящее время на литосферу оказывает сильнейшее техногенное влияние человек, особенно за счет развития процессов эрозии, увеличения твердого стока, сжигания ископаемого топлива и создания инженерных сооружений. Искусственные (техногенные) грунты уже покрывают более 55% площади суши Земли, а в ряде урбанизированных районов (Европа, Япония, Гонконг и др.) они покрывают 95‑100% территории и их мощность достигает нескольких десятков метров. Суммарная площадь, покрытая всеми видами инженерных сооружений (здания, дороги, водохранилища, каналы и т.п.) в 2000 г. достигла 1/6 площади суши.

Биосфера охватывает всю гидросферу, часть атмосферы и часть литосферы. Ее верхняя граница расположена на высоте 6 км над уровнем моря, нижняя – на глубине 15 км в толще земной коры (на такой глубине обитают бактерии в нефтяных водах) и 11 км в океане. По сравнению с диаметром Земли (13000 км) биосфера – это тонкая пленка на ее поверхности. Однако основная жизнь в биосфере сконцентрирована в значительно более узких пределах, охватывающих всего несколько десятков метров на континентах, в атмосфере и в океане (табл. 14).

Таблица 14 Структура биомассы биосферы (сухое вещество)

В биосфере происходит круговорот всех веществ, т.е. их многократное участие в процессах синтеза и разрушения органического вещества. В круговоротах в той или иной степени участвуют практически все химические элементы, однако наиболее важными для биосферы являются круговороты воды, кислорода, углерода, азота, фосфора.

Контрольные вопросы

1. С именами каких ученых связано рождение и развитие представления о биосфере?

2. Назовите оболочки Земли, которые выделил Э. Зюсс.

3. Расскажите о составе атмосферы.

4. Какова структура гидросферы?

5. Охарактеризуйте масштаб техногенных нарушений литосферы человеком.

6. Назовите верхнюю и нижнюю границы биосферы.

Предыдущая

Состав и структурное строение биосферы

Состав биосферы отличается разнообразием веществ. Составные компоненты находятся в состоянии непрерывного движения. В. И. Вернадский классифицировал основные компоненты обитаемой биооболочки, выделив их в 4 группы. Химическая структура глобальной экосистемы включает следующие вещества:

• Живое вещество. К этой категории относятся флора, фауна, представители микромира, прочие живые организмы. Органика и углеродные формы жизни осуществляют геохимические процессы, формируя облик планеты. Общая масса живого вещества составляет 0,01-0,02 % от совокупной массы неживых веществ.
• Биогенное вещество. Категория включает все продукты переработки, которые изменяются во время циклов рождения, питания, размножения, смерти, разложения, других функциональных процессов биомассы. Масштабы биогенного вещества соответствуют нефтяным и угольным месторождениям, осадочным породам, другим следам былой жизнедеятельности организмов.
• Косное вещество. К этому классу относят горные породы, лаву, метеоритные глыбы, образовавшиеся без участия переработки биомассой.

Лава – пример косного вещества

Биокосное вещество. Класс веществ, образующихся из косной материи при участии органических форм жизни. Основные представители биокосного вещества – почва и донный осадок.

Помимо основных категорий, выделяют радиоактивное вещество, находящееся в процессе деградации и вещество космического происхождения. Учитывая строение биосферы, концентрация веществ неравномерна на разных участках земной поверхности.

Как биосфера связана с другими оболочками планеты?

Биосфера – это обитаемая оболочка на поверхности и частично под поверхностью Земли. Ее связь с другими оболочками заключается во взаимном проникновении и взаимодействии – границы области обитания жизненных форм включают:

• гидросферу (без подземных вод);
• верхнюю часть литосферы;
• нижнюю часть атмосферы.

Вся деятельность организмов сосредоточена в этом небольшом, с космической точки зрения, пространстве.

Жизненные формы напрямую связаны со всеми оболочками, поскольку именно они формируют в них средовые условия.

Роль Вернадского в изучении биосферы

Впервые учение о биосфере разработал Владимир Иванович Вернадский. Он обособил эту оболочку от других земных сфер, актуализировал ее значение и представил, что это весьма активная сфера, которая изменяет и влияет на все экосистемы. Ученый стал основоположником новой дисциплины – биогеохимии, на основе которой и было обосновано учение о биосфере.

Изучая живое вещество, Вернадский сделал выводы, что все формы рельефа, климат, атмосфера, породы осадочного происхождения – это результат деятельности всех живых организмов. Одна из ключевых ролей в этом отводится людям, которые имеют огромное влияние на протекание многих земных процессов, являясь определенной стихией, владеющей некой силой, способной изменить лик планеты.

Теорию обо всем живом Владимир Иванович представил в труде «Биосфера» (1926), что способствовало зарождению новой научной отрасли. Академик в своей работе представил биосферу как целостную систему, показал ее компоненты и их взаимосвязи, а также роль человека. Когда живое вещество взаимодействует с косным, оказывается влияние на протекание ряда процессов:

• геохимических;
• биологических;
• биогенных;
• геологических;
• миграции атомов.

Вернадский обозначил, что границы биосферы – это поле существования жизни. На ее развитие влияет кислород и температура воздуха, вода и минеральные элементы, грунт и энергия Солнца. Также ученый выделил основные компоненты биосферы, рассмотренные выше, и выделил основной из них – живое вещество. Еще он сформулировал все функции биосферы.

Среди основных положений учения Вернадского о живой среде можно выделить следующие тезисы:

• биосфера охватывает всю водную среду до океанических глубин, включает поверхностный слой земли до 3 километров и воздушное пространство до границы тропосферы;
• показал отличие биосферы от других оболочек ее динамичностью и постоянной деятельностью всех живых организмов;
• специфика этой оболочки заключается в непрерывном обороте элементов живой и неживой природы;
• деятельность живого вещества привела к существенным изменениям на всей планете;
• существование биосферы обусловлено астрономическим положением Земли (дистанция от Солнца, наклон оси планеты), что определяет климат, протекание жизненных циклов на планете;
• солнечная энергия является источником жизни всех существ биосферы.

Пожалуй, это ключевые понятия о живой среде, которые заложил Вернадский в своем учении, хотя его труды глобальны и нуждаются в дальнейшем осмыслении, актуальны и по сей день. Они стали основой для исследований других ученых.

Значение биосферы

Биосферу изучали разные ученые во все исторические эпохи. Этой оболочке много внимания уделял В.И. Вернадский. Он считал, что биосфера определяется границами, в которых обитает живое вещество. Стоит отметить, что все ее компоненты связаны между собой, и изменения в одной сфере приведет к изменениям во всех оболочках. Биосфера играет важнейшую роль в распределении энергетических потоков планеты.

Таким образом, биосфера – это жизненное пространство людей, животных и растений. В ней содержатся важнейшие вещества и природные ресурсы, такие как вода, кислород, земля и другие. На нее значительное влияние оказывают люди. В биосфере происходит круговорот элементов природе, кипит жизнь и осуществляются важнейшие процессы.