§ 10. Биосфера как глобальная экосистема

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами и преобразуемая их деятельностью. Её рассматривают как глобальную экосистему, то есть систему, в которой взаимодействуют живые существа и неживая среда. Это понятие помогает увидеть природу Земли как целое, а не как набор отдельных организмов и мест обитания.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Растения, животные, грибы и микроорганизмы поглощают и выделяют вещества, а также преобразуют энергию. Поэтому живое вещество связывает между собой разные части биосферы и участвует в круговоротах.

Биогенное вещество — вещество, образованное организмами или их остатками. К нему относятся, например, уголь, нефть и известняк. Это понятие позволяет распознавать вещества, появление которых связано с жизнью, даже если сами организмы давно исчезли.

Биокосное вещество возникает при совместном действии живых организмов и неживой природы. Пример — почва: она формируется при участии организмов, горных пород, воды и воздуха. Понятие показывает, что живое способно менять неживую среду, а сама среда влияет на живые существа.

Как это устроено

Биосфера охватывает только те части оболочек Земли, где условия позволяют организмам жить. В литосфере жизнь встречается в её верхних слоях, в гидросфере — в воде, а в атмосфере — в нижней части, где сохраняются подходящие температура, влажность и состав воздуха. Выше, глубже или в экстремальных условиях существование большинства организмов невозможно. Поэтому границы биосферы не равны границам всей атмосферы, гидросферы и литосферы.

Биосферу называют глобальной экосистемой, потому что живые организмы зависят от среды, а сами изменяют её. Растения получают воду, минеральные вещества и углекислый газ, животные питаются растениями или другими животными, а разрушители перерабатывают остатки. При этом вещества возвращаются в среду, откуда могут снова поступить к организмам. Связи не останавливаются на границе отдельного леса или водоёма: вещества и энергия перемещаются между частями планеты.

Живое вещество участвует в круговоротах: организмы поглощают вещества, включают их в свои тела, а затем передают по пищевым связям или возвращают в среду при дыхании и разложении. Так биологические процессы соединяют воду, воздух и горные породы с жизнью. Энергия, напротив, не обращается бесконечно по замкнутому кругу: она поступает в экосистемы, например от Солнца, передаётся между организмами и рассеивается. Поэтому нельзя считать круговорот веществ и поток энергии одним и тем же процессом.

Деятельность организмов приводит к образованию разных типов веществ. Живое вещество представлено самими организмами, а биогенное возникает из их деятельности или остатков. Косное вещество формируется без участия жизни, а биокосное — при взаимодействии живого и неживого; почва служит наглядным примером такого результата. Разделение по происхождению помогает понять, какие процессы привели к появлению конкретного объекта.

Компоненты биосферы связаны, поэтому изменение в одной её части может вызвать последствия в других. Если становится меньше организмов, разлагающих опавшие листья, органические остатки накапливаются, а возврат веществ в почву замедляется. Это меняет условия для растений, а вслед за ними может повлиять и на животных. Устойчивость глобальной экосистемы зависит от множества таких связей, а не от неизменности какого-то одного вида или компонента.

Вещества биосферы и их происхождение

Чтобы пользоваться таблицей, сначала выясните, участвовали ли организмы в образовании объекта. Если вещество возникло только благодаря организмам или их остаткам, оно биогенное; если без их участия — косное. Когда в образовании совместно участвовали живые существа и неживая среда, речь идёт о биокосном веществе.

Разбор задач

Задача 1. Определите, к какой оболочке Земли относятся рыбы, почвенные бактерии и птицы. Нужно соотнести место обитания каждого организма с областями, входящими в биосферу. При этом важно учитывать не весь ареал вида, а среду, указанную в условии. Проверим каждый пример отдельно.

1. Рыбы обитают в воде, значит, относятся к организмам гидросферы.
2. Почвенные бактерии живут в почве, которая связана с верхней частью литосферы.
3. Птицы находятся в воздушной среде, то есть в нижней части атмосферы, хотя для жизни им также нужны наземные или водные участки.

Ответ: рыбы — гидросфера, почвенные бактерии — верхняя часть литосферы, птицы — нижняя часть атмосферы.

Задача 2. Распределите почву, гранит, уголь и живую берёзу по типам вещества биосферы. Способ решения — установить происхождение каждого объекта, а не ориентироваться только на то, где он находится. Живой организм сразу относится к живому веществу, а для остальных важно выяснить, участвовала ли жизнь в их образовании. Затем соотнесём признаки с четырьмя типами.

1. Берёза — живой организм, следовательно, это живое вещество.
2. Гранит образован горными породами без участия организмов, поэтому это косное вещество.
3. Уголь возник из древних растительных остатков, значит, он биогенный.
4. Почва формируется при совместном воздействии организмов и неживой среды, поэтому она биокосная.

Ответ: почва — биокосное вещество, гранит — косное, уголь — биогенное, живая берёза — живое.

Задача 3. В лесу сократилось число организмов, разлагающих опавшие листья. Объясните возможные последствия для круговорота веществ и состояния экосистемы. Начинать рассуждение следует с изменения, указанного в условии, а затем проследить его последствия. Разрушители превращают остатки организмов в вещества, которые возвращаются в среду и могут снова использоваться растениями. Поэтому их численность важна не только для разложения листьев.

1. Из-за уменьшения числа разрушителей разложение опавших листьев замедляется, и органические остатки накапливаются.
2. Минеральные вещества медленнее возвращаются в почву, поэтому растениям может стать сложнее их получать.
3. Изменение состояния растений способно повлиять на животных, которые питаются ими или зависят от лесной среды.

Ответ: возврат веществ в почву замедлится, а это может изменить условия жизни растений и связанных с ними организмов, нарушая взаимосвязи лесной экосистемы.

Типичные ошибки

Ошибка — считать биосферу только совокупностью организмов. Так думают, если воспринимают слово как название всего живого, но в понятие входят и преобразуемые организмами компоненты неживой природы. Для проверки спросите себя, описывает ли определение только живые существа или также их среду и влияние на неё.

Биогенное и биокосное вещества иногда путают, потому что оба связаны с живыми организмами. Биогенное образовано организмами или их остатками, а биокосное появляется при совместном действии живой и неживой природы. Проверьте, достаточно ли для образования вещества деятельности организмов или необходим также вклад неживой среды.

Неверно считать, что биосфера охватывает целиком атмосферу, гидросферу и литосферу. Ошибка возникает из-за того, что эти оболочки называют вместе, не уточняя, где именно возможна жизнь. Самопроверка: назовите области обитания — верх литосферы, гидросферу и нижнюю часть атмосферы.

Круговорот веществ иногда представляют как полностью замкнутый и смешивают с движением энергии. Вещества многократно используются, а энергия проходит через экосистемы и рассеивается. Чтобы проверить себя, проследите отдельно судьбу вещества и путь энергии: они связаны, но не движутся одинаково.

Связь с другими темами

Для понимания биосферы пригодятся знания об экосистемах и пищевых связях. Продуценты создают органические вещества, консументы потребляют их, а разрушители перерабатывают остатки; так становится понятна роль организмов в круговоротах. Представления об оболочках Земли помогают определить границы биосферы, а знания о круговоротах — проследить обмен веществ между её частями. Эти понятия понадобятся при изучении экологии, глобальных экологических проблем и влияния человека на природу.

Что запомнить

• Биосфера — глобальная экосистема Земли.
• Жизнь распространена в верхней части литосферы, гидросфере и нижней части атмосферы.
• Живое вещество связывает организмы с неживой средой через обмен веществ и энергии.
• Биогенное вещество образуется благодаря деятельности организмов.
• Биокосное вещество формируется при взаимодействии живой и неживой природы.
• Состояние компонентов биосферы взаимосвязано: изменения в одном из них могут повлиять на другие.