§ 30. Биосфера — живая оболочка Земли. Структура биосферы

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами и преобразуемая их деятельностью. Она включает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, где сохраняются условия для жизни. Границы не совпадают с одной ровной линией: они зависят от того, где способны существовать организмы. Это определение помогает увидеть в биосфере не отдельную область, а связанную систему планеты.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Его изучают как целое, потому что взаимодействие организмов влияет на планету сильнее, чем изолированное рассмотрение отдельных видов. Такой подход позволяет понять, как жизнь меняет среду и участвует в круговороте веществ. Отдельный организм важен, но процессы биосферы складываются из деятельности множества организмов.

Биогенное вещество — вещество, образованное организмами или их остатками. К его примерам относят каменный уголь, возникший из древней растительности, и известняк, связанный с накоплением остатков организмов. Понятие показывает, что живые существа способны создавать долговечные природные образования. По происхождению такого вещества можно судить о влиянии жизни на земную кору.

Биокосное вещество возникает при совместном действии организмов и неживой природы. Почва служит наглядным примером: она формируется из горной породы, но её свойства меняются под влиянием корней, микроорганизмов и остатков живых существ. Это понятие нужно, чтобы различать результат совместных процессов и вещество, созданное только организмами. Оно подчёркивает постоянный обмен между живой и неживой частями биосферы.

Как это устроено

Границы биосферы определяются не условными отметками на глобусе, а пригодностью среды для жизни. Организмы встречаются в нижней части атмосферы, в водоёмах и в верхних слоях земной коры. По мере удаления от этих областей условия становятся слишком суровыми: могут мешать недостаток воды, неподходящая температура, давление или отсутствие необходимых веществ. Поэтому биосфера занимает только те части оболочек Земли, где жизнь может существовать.

Организмы зависят от неживой среды: им нужны вода, газы, минеральные вещества и подходящая температура. Одновременно сами они влияют на среду, изменяя состав веществ и условия обитания. Если рассматривать только организмы или только воду, воздух и горные породы, эта взаимная зависимость останется незаметной. Биосферу поэтому понимают как целостную оболочку, в которой живые и неживые компоненты связаны обменом веществ.

Деятельность организмов не ограничивается использованием готовых природных ресурсов. Растения создают органические вещества, животные перерабатывают пищу, а микроорганизмы разлагают остатки и возвращают вещества в окружающую среду. За длительное время такие процессы могут приводить к накоплению и преобразованию вещества Земли. Если организмами или их остатками создано само вещество, его относят к биогенному, а если в его возникновении вместе участвовали организмы и неживая среда — к биокосному.

В биосфере выделяют четыре группы веществ по происхождению. Живое вещество — сами организмы; биогенное — созданное ими или образованное из их остатков; биокосное — результат взаимодействия жизни и неживых процессов. Косное вещество возникает без участия организмов, например горные породы, такие как гранит. Различение групп помогает не путать присутствие живых существ рядом с объектом с их реальным участием в его образовании.

Живое вещество связывает разные части биосферы, поскольку организмы постоянно поглощают и выделяют вещества. Растения используют воду, углекислый газ и минеральные соединения, а затем передают органические вещества по цепям питания. Разрушители возвращают часть веществ в среду, где они снова становятся доступными другим организмам. Благодаря таким повторяющимся переходам круговороты поддерживают обмен между живой природой, водой, воздухом и горными породами.

Вещества биосферы и их происхождение

Пользуясь таблицей, сначала выясните, из чего возник объект и участвовали ли в его образовании организмы. Если перед вами сам организм, это живое вещество; если продукт его деятельности или остатки — биогенное. При совместном воздействии живых и неживых факторов вещество биокосное, а при отсутствии участия жизни — косное.

Разбор задач

Задача 1. Определите, к какой группе веществ биосферы относятся живой дуб, торф и гранит. Чтобы решить её, нужно классифицировать объекты не по внешнему виду, а по происхождению. Дуб — целый организм, торф образован из растительных остатков, а гранит формируется без участия жизни. Проверим каждый объект отдельно.

1. Дуб является живым организмом, поэтому относится к живому веществу.
2. Торф образуется из остатков растений, следовательно, это биогенное вещество.
3. Гранит — горная порода, возникшая без участия организмов, поэтому он косный.

Ответ: дуб — живое вещество, торф — биогенное, гранит — косное. Ключевой шаг — выяснить, является ли объект организмом, продуктом его деятельности или результатом неживых процессов. Если механически относить всё природное к одной группе, различие по происхождению потеряется.

Задача 2. Почва образовалась из горной породы при участии организмов и их остатков. Объясните, к какой группе веществ её относят и почему. Сначала нужно определить, достаточно ли одного источника для объяснения её образования. Горная порода представляет неживую основу, а организмы изменяют её и добавляют остатки и продукты жизнедеятельности. Значит, почва возникла в результате совместного действия.

1. Отмечаем участие неживого компонента — горной породы.
2. Учитываем роль организмов и их остатков в формировании почвы.
3. Сопоставляем это с определением биокосного вещества: оно образуется при взаимодействии живой и неживой природы.

Ответ: почва относится к биокосным веществам. Наличие минеральной основы само по себе не делает её косной, потому что при её формировании участвовали живые организмы. Проверка проста: если нужны оба типа процессов, вещество биокосное.

Задача 3. В районе вулканического кратера обнаружены микроорганизмы. Можно ли считать это место частью биосферы? Нельзя решать только по тому, что кратер расположен высоко или отличается суровыми условиями. Сначала устанавливаем, присутствует ли там жизнь, а затем оцениваем, есть ли условия, позволяющие организмам существовать. Обнаружение микроорганизмов показывает, что жизнь проникла в это место.

1. Сопоставляем место с оболочками Земли, где может распространяться жизнь.
2. Учитываем наличие обнаруженных организмов, а не только высоту или глубину объекта.
3. Делаем вывод с учётом того, что границы биосферы связаны с условиями жизни и могут быть переходными.

Ответ: участок кратера с микроорганизмами можно считать частью биосферы, если организмы действительно способны там существовать. Само слово «вулканический» не исключает место из биосферы: определяющий признак — наличие жизни, а не условное положение на карте. Такой подход помогает не превращать границы биосферы в жёсткую геометрическую линию.

Типичные ошибки

Ошибка — считать биосферой только совокупность живых организмов. Так думают, потому что слово связано с жизнью, однако организмы зависят от среды и преобразуют её. В биосферу входят также области обитания и вещества, связанные с деятельностью жизни. Проверьте себя вопросом: учитываю ли я воздух, воду, горные породы и результаты воздействия организмов?

Биогенное и биокосное вещества иногда смешивают, поскольку оба связаны с организмами. Различие — в происхождении: биогенное создано организмами или их остатками, а биокосное возникает при совместном участии живых и неживых процессов. Например, уголь относят к биогенному, а почву — к биокосному. Для проверки выясните, участвовала ли в образовании объекта только жизнь или также неживые факторы.

Неверно отождествлять биосферу со всей географической оболочкой. Такое представление возникает, если считать, что жизнь равномерно населяет все части планеты. На самом деле организмы обитают только там, где для них сохраняются подходящие условия. Проверяя ответ, перечислите конкретные области распространения жизни, а не называйте всю оболочку Земли без уточнений.

Ещё одна ошибка — представлять границу биосферы как неизменную чёткую линию. Её допускают, когда пытаются провести границу по одной высоте или глубине и не учитывают условия среды. Распространение жизни зависит от возможностей организмов существовать в конкретном месте, а переход между пригодными и непригодными условиями не всегда резкий. Чтобы проверить себя, учитывайте и положение объекта, и наличие в нём жизни.

Связь с другими темами

Для понимания биосферы нужны знания об атмосфере, гидросфере и литосфере — оболочках, в частях которых встречается жизнь, — и об условиях существования организмов. Понятие экосистемы помогает увидеть взаимодействие организмов со средой, а тема круговорота веществ объясняет перенос вещества между компонентами природы. Эти знания пригодятся при изучении глобальных экологических проблем, биогеохимических циклов и охраны природы. Через них становится понятно, почему изменения в одной части биосферы могут затрагивать другие.

Что запомнить

• Биосфера — оболочка Земли, где существует жизнь.
• Жизнь распространена в нижней части атмосферы, гидросфере и верхней части литосферы.
• Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы.
• Биогенное вещество образуется благодаря деятельности организмов.
• Биокосное вещество возникает при совместном действии живой и неживой природы.
• Организмы участвуют в преобразовании веществ и поддержании круговоротов в биосфере.