§ 24. Биосферный уровень: общая характеристика. Учение В. И. Вернадского о биосфере

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами и преобразуемая их жизнедеятельностью. Это понятие включает не только живые существа, но и части воздуха, воды и горных пород, с которыми они взаимодействуют. Оно нужно, чтобы рассматривать жизнь как планетарное явление.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы, рассматриваемая как единое целое. Отдельные виды различаются, но вместе они поглощают, перемещают и возвращают в среду химические элементы. Такое определение помогает увидеть общий результат деятельности всей жизни.

Биогенное вещество — вещество, образованное организмами или возникшее из их остатков. К нему относят, например, известняк, сформированный из остатков морских организмов, и каменный уголь. Происхождение вещества важнее его современного внешнего вида.

Косное вещество возникает без участия организмов, а биокосное вещество формируется при совместном воздействии живого и неживого. Гранит может быть примером косного вещества, а почва — биокосного. Различие нужно, чтобы правильно установить роль организмов в образовании конкретного вещества.

Как это устроено

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние участки литосферы, где сохраняются условия для жизни. В атмосфере высота распространения организмов ограничена холодом, разреженностью воздуха и недостатком влаги, а в литосфере — температурой, давлением и отсутствием доступных ресурсов. В океане жизнь встречается глубоко, но и там её ограничивают свет, давление и химический состав среды. Поэтому границы биосферы определяются не условной линией, а возможностями организмов существовать и размножаться.

По В. И. Вернадскому, в биосфере взаимодействуют четыре основные группы веществ: живое, биогенное, косное и биокосное. Живое вещество представлено организмами, биогенное создано ими или их остатками, косное возникло без их участия, а биокосное появилось при совместном действии живого и неживого. Между группами нет полной изоляции: организмы используют минералы, создают органические соединения, а после смерти становятся источником новых веществ. Поэтому биосфера устроена как система постоянного обмена.

Организмы не просто приспосабливаются к среде, а изменяют её. Растения при фотосинтезе создают органическое вещество из углекислого газа и воды, выделяя кислород, а корни и микроорганизмы участвуют в разрушении пород. Остатки организмов обогащают почву, а деятельность бактерий и животных изменяет её состав и структуру. Так жизнедеятельность постепенно влияет на атмосферу, гидросферу и литосферу.

Живое вещество участвует в круговороте веществ и преобразовании энергии. Растения связывают солнечную энергию в органическом веществе, животные получают её через питание, а разрушители возвращают химические элементы в окружающую среду. В результате углерод, кислород, азот, вода и другие вещества переходят между организмами, почвой, водой и атмосферой. Вернадский поэтому рассматривал биосферу как целостную систему, в которой жизнь стала мощной геологической силой.

Виды вещества биосферы

Пользуясь таблицей, сначала определите происхождение вещества, а затем подберите подходящий пример и роль. Главное различие проходит по участию организмов: они могут создать вещество, не участвовать в его образовании или действовать вместе с неживой природой.

Разбор задач

Задача 1

Определите, к какому виду вещества биосферы относятся известняк, образованный из остатков организмов, и гранит.

1. Установите происхождение известняка: он сформировался из остатков организмов.
2. Сопоставьте это условие с определением биогенного вещества.
3. Проверьте гранит: в условии не указано участие организмов, значит, его относят к косному веществу.

Ответ: известняк — биогенное вещество, гранит — косное.

Задача 2

Почва возникла при взаимодействии горной породы, воды, воздуха и организмов. Определите вид вещества и объясните выбор.

1. Выделите неживые компоненты: горную породу, воду и воздух.
2. Отметьте участие живых организмов, которые разрушают породу, накапливают органические остатки и изменяют состав среды.
3. Сделайте вывод по признаку совместного действия живого и неживого.

Ответ: почва — биокосное вещество, потому что формируется совместным воздействием организмов и неживой природы.

Задача 3

В экосистеме растения поглощают углекислый газ, животные потребляют растения, а после смерти организмов их остатки разлагаются. Объясните роль живого вещества.

1. Растения переводят углекислый газ и воду в органическое вещество, используя энергию света.
2. Животные получают это вещество и энергию с пищей, передавая их по цепи питания.
3. Разрушители расщепляют остатки и возвращают элементы в почву, воду и атмосферу.

Ответ: пример показывает, что живое вещество связывает организмы со средой и обеспечивает круговорот химических элементов.

Типичные ошибки

Первая ошибка — считать биосферой только совокупность организмов. Её допускают, если забывают о заселённых и преобразованных частях оболочек Земли; проверить себя можно вопросом: учтены ли воздух, вода и породы, где существует жизнь?

Вторая ошибка — смешивать биогенное и биокосное вещества. Причина в том, что оба связаны с организмами, но первое создано ими или их остатками, а второе возникает при совместном действии живого и неживого; нужно выяснить, участвовали ли оба фактора.

Третья ошибка — относить к биогенному любое вещество, находящееся рядом с организмами. Место нахождения не определяет происхождение, поэтому следует спросить, как именно вещество образовалось.

Четвёртая ошибка — представлять биосферу неизменной оболочкой. Организмы постоянно влияют на состав среды и круговороты, поэтому проверка должна учитывать не только границы жизни, но и её преобразующую деятельность.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания об атмосфере, гидросфере, литосфере, основных группах организмов и круговороте веществ. Эти представления пригодятся при изучении экосистем, биогеохимических циклов и влияния человека на природу. Учение Вернадского связано с понятием ноосферы и вопросом ответственности человека за состояние биосферы.

Что запомнить

• Биосфера — оболочка Земли, в пределах которой существует жизнь.
• Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы.
• Биогенное вещество образовано организмами или их остатками.
• Косное вещество возникает без участия организмов.
• Биокосное вещество формируется при взаимодействии живого и неживого.
• Живое вещество участвует в круговороте веществ и преобразовании среды.
• В. И. Вернадский рассматривал жизнь как мощную геологическую силу.