§ 7. Учение о биосфере

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами и преобразуемая их деятельностью. В неё входят не только организмы, но и части воздуха, воды и горных пород, где возможна жизнь. Это понятие нужно, чтобы рассматривать жизнь и среду не по отдельности, а как связанные части земной оболочки.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы, рассматриваемая как единое целое. К нему относятся бактерии, грибы, растения и животные, несмотря на различия между ними. Такое объединение помогает оценивать общее влияние жизни на планету.

Биогенное вещество образуется из остатков организмов или в результате их жизнедеятельности. К примерам относятся каменный уголь, возникший из древних растительных остатков, и известняк, который может формироваться из скелетов организмов. По происхождению такого вещества можно проследить роль живого в истории Земли.

Косное вещество возникает без участия организмов, а биокосное — благодаря совместному действию живого и неживого. Гранит относится к косному веществу, тогда как почва формируется при взаимодействии организмов с минеральными частицами и другими компонентами среды. Это различие позволяет выяснить, участвовала ли жизнь в создании конкретного вещества.

Как это устроено

В учении В. И. Вернадского биосфера — единая оболочка, в которой живое вещество связано с неживой природой. Организмы получают из среды воду и химические элементы, а затем возвращают их или передают другим организмам. Поэтому изменение одной части системы может отразиться на других: например, состав почвы влияет на растения, а их жизнедеятельность меняет почву.

Границы биосферы определяются не условными линиями на карте, а условиями, при которых жизнь может существовать. В нижней атмосфере есть необходимые для организмов газы и подходящие условия, а в гидросфере жизнь встречается во всём объёме воды. Вглубь литосферы живые существа проникают лишь на ограниченное расстояние: с глубиной ухудшаются условия и становится меньше доступных ресурсов.

В биосфере различают живое, биогенное, косное и биокосное вещество по происхождению и роли организмов. Сам организм — живое вещество, продукт его деятельности или остаток — биогенное, а созданная без участия жизни порода — косное. Почва показывает, как живые существа и неживые процессы вместе создают биокосное вещество; затем каждый из этих компонентов может участвовать в дальнейших превращениях.

Круговорот веществ поддерживается энергией Солнца, которую поглощают организмы, прежде всего растения и другие фотосинтезирующие существа. Энергия обеспечивает процессы, при которых химические элементы переходят из среды в организмы, затем — между организмами и обратно в среду. Вещество участвует в повторяющихся переходах, а энергия проходит через систему и рассеивается, поэтому круговорот нельзя считать самоподдерживающимся без источника энергии.

Живое вещество изменяет состав атмосферы: фотосинтезирующие организмы поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а дыхание и разложение возвращают в воздух углекислый газ. Остатки организмов участвуют в образовании осадочных пород, а совместная работа организмов и неживой среды создаёт почву. Деятельность человека тоже меняет биосферу: загрязнение, вырубка лесов и добыча ресурсов влияют на круговороты и условия жизни, поэтому важно учитывать последствия вмешательства.

Виды вещества биосферы

Чтобы определить вид вещества, сначала выясните, является ли объект организмом. Если нет, спросите, создавался ли он организмами или их остатками и участвовала ли жизнь в его формировании вместе с неживыми процессами. Так можно отличить биогенное вещество от биокосного.

Разбор задач

Задача 1. Определите, к какому виду вещества биосферы относятся живые бактерии, известняк, гранит и почва. Сравните объекты не по внешнему виду, а по их происхождению. Для каждого объекта установите, участвуют ли организмы в его образовании.

1. Бактерии — организмы, значит, это живое вещество. Здесь важно отличать само живое существо от созданных им веществ.
2. Известняк может образоваться из остатков организмов, поэтому его относят к биогенному веществу. Гранит возникает в результате геологических процессов без участия живых организмов и является косным.
3. Почва складывается при совместном действии организмов и неживых компонентов. Значит, это биокосное вещество.

Ответ: бактерии — живое вещество; известняк — биогенное; гранит — косное; почва — биокосное.

Задача 2. Объясните, почему уголь относят к биогенному веществу, а гранит — к косному. Внешний вид этих пород сам по себе не даёт ответа. Нужно сопоставить их происхождение и выяснить, была ли жизнь частью процесса образования.

1. Уголь сформировался из остатков древних растений, преобразованных за длительное время. Следовательно, его образование связано с организмами, хотя в породе уже нет живых растений.
2. Гранит образуется при геологических процессах с участием минеральных компонентов. Живые организмы не создают эту породу и не являются необходимым участником её образования.
3. Сопоставьте результат с определениями: продукты жизни и её остатки относятся к биогенному веществу, а возникшее без участия организмов — к косному. Так происхождение позволяет классифицировать оба примера.

Ответ: уголь — биогенное вещество, потому что образовался из растительных остатков; гранит — косное, поскольку возникает без участия организмов.

Задача 3. Проследите путь углерода от атмосферного углекислого газа через растение и животное обратно в окружающую среду. Укажите, какие процессы переводят углерод между средой и организмами. Следите за тем, что речь идёт об одном химическом элементе, переходящем между разными веществами.

1. Растение поглощает углекислый газ при фотосинтезе и использует содержащийся в нём углерод для образования органических веществ. Энергия света обеспечивает этот процесс.
2. Животное получает углерод, питаясь растением или другим организмом. Углерод становится частью веществ его тела, а при дыхании часть возвращается в атмосферу в составе углекислого газа.
3. После смерти организмов их остатки разлагаются, и углерод снова поступает в окружающую среду. Затем он может быть поглощён растениями, поэтому путь вещества повторяется.

Ответ: углекислый газ → растение → животное → окружающая среда; углерод переходит между организмами и средой благодаря фотосинтезу, питанию, дыханию и разложению.

Типичные ошибки

Ошибка — считать биосферу только совокупностью организмов. Так думают, потому что слово связано с жизнью, но биосфера включает также среду обитания и вещества, изменённые жизнью. Проверьте себя вопросом: учитываю ли я воду, воздух, почву и взаимодействия организмов?

Нельзя отождествлять биогенное и биокосное вещество. Оба типа связаны с жизнью, поэтому их легко спутать, однако биогенное образовано организмами или их остатками, а биокосное возникает при совместном действии живого и неживого. Для проверки выясните, создавали ли вещество организмы сами или оно сформировалось во взаимодействии компонентов среды.

Неверно распространять границы биосферы на всю атмосферу и литосферу. Ошибка возникает, если воспринимать оболочки Земли как области с одинаковыми условиями; в действительности жизнь населяет лишь их определённые части. Проверьте ответ: назвали ли вы нижнюю атмосферу, всю гидросферу и верхнюю литосферу, а не оболочки целиком?

Круговорот веществ нельзя описывать как движение, которому не требуется источник энергии. Вещество действительно многократно переходит между организмами и средой, но процессы преобразования поддерживаются энергией, главным образом солнечной. Чтобы проверить объяснение, назовите источник энергии и укажите, что именно возвращается в круговорот — химические элементы.

Связь с другими темами

Для понимания биосферы нужны знания об оболочках Земли, средах жизни и условиях существования организмов. Тема связана с экологией: круговороты веществ соединяют организмы в экосистемах и показывают, как деятельность человека меняет природные процессы. В дальнейшем это поможет разбираться в эволюции биосферы, понятии ноосферы и глобальных экологических проблемах.

Что запомнить

• Биосфера — оболочка Земли, в которой существует жизнь.
• Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы.
• Биогенное вещество образуется благодаря организмам или из их остатков.
• Косное вещество возникает без участия живых организмов.
• Биокосное вещество формируется при взаимодействии живого и неживого.
• Живое вещество участвует в круговороте веществ и преобразует оболочки Земли.
• Основной источник энергии для процессов в биосфере — Солнце.