"Биология. Базовый уровень", Пономарева И.Н. и др.
Биосфера — часть Земли, где живые организмы взаимодействуют с воздухом, водой и горными породами и преобразуют их. За историю планеты менялись состав атмосферы, условия в океане и вещества земной коры. На эти перемены влияли и геологические процессы, и деятельность организмов: например, фотосинтез изменил атмосферу, а остатки живых существ со временем стали частью горных пород. Изучение эволюции биосферы помогает понять, как связаны жизнь и неживая природа и почему действия человека способны нарушить природные круговороты.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами и преобразуемая ими. Она охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы, где возможна жизнь. Границы биосферы определяются не только наличием организмов, но и условиями, которые допускают их существование. Это понятие помогает увидеть, что жизнь связана с воздухом, водой и горными породами.
Физико-химическая эволюция биосферы — историческое изменение состава и свойств оболочек Земли под влиянием геологических процессов и деятельности организмов. Например, менялись состав атмосферы, свойства океана и состав земной коры. Изменения не были только геологическими: живые организмы также преобразовывали среду. Понятие объясняет, почему современная биосфера не существовала такой же с самого начала истории Земли.
Биогенная миграция атомов — перемещение и преобразование химических элементов при участии живых организмов. Растение может получить углерод из углекислого газа, включить его в органическое вещество, а затем передать животному по цепи питания. После отмирания организмов элементы возвращаются в почву, воду или атмосферу. Этот термин нужен, чтобы описывать участие жизни в круговороте веществ, а не просто перемещение самих организмов.
Биогенное вещество — вещество, образованное организмами или их остатками. К нему относятся, например, известняк, каменный уголь и нефть, возникающие при накоплении и преобразовании органических или минеральных компонентов. Такие вещества могут сохраняться в земной коре очень долго. Понятие показывает, что деятельность организмов оставляет заметный геологический след.
Ранняя Земля отличалась от современной высокой температурой и составом атмосферы. Газы, включая водяной пар и углекислый газ, поступали из недр при вулканической активности, а свободного кислорода было мало. По мере охлаждения планеты водяной пар конденсировался, и вода стала собираться в океане. Океан создал устойчивую водную среду, а появление жидкой воды и подходящих условий стало важной предпосылкой для возникновения жизни.
Когда появились фотосинтезирующие организмы, они стали использовать энергию света, поглощать углекислый газ и выделять кислород. Сначала кислород расходовался на реакции с растворёнными веществами и породами, поэтому он не сразу начал накапливаться в воздухе. Позже его содержание в атмосфере стало расти. Из части кислорода в верхних слоях атмосферы образовался озоновый слой, который ослабляет опасное ультрафиолетовое излучение и тем самым изменяет условия существования жизни.
Организмы непрерывно обмениваются веществами со средой. Они получают химические элементы из воздуха, воды и почвы, включают их в свои тела, а затем передают другим организмам или возвращают в окружающую среду после отмирания и разложения. Поэтому один и тот же элемент проходит через живые тела и неживые компоненты Земли. Такой обмен связывает биосферу в единое целое: изменение доступности вещества или условий среды может отразиться на разных экосистемах.
Остатки организмов и произведённые ими вещества могут накапливаться в осадках. Если органическое вещество оказывается захороненным и долго изменяется без доступа кислорода, из него со временем могут образоваться залежи угля или нефти. Минеральные скелеты и раковины организмов накапливаются на дне водоёмов и участвуют в образовании известняка. Значит, живые существа не только участвуют в текущих круговоротах, но и оставляют в земной коре долговременные отложения и месторождения.
В наше время на биосферу заметно влияет хозяйственная деятельность человека. Сжигание топлива возвращает в атмосферу углерод, который долго находился в земной коре, а вырубка лесов сокращает площади, где углерод поглощается при фотосинтезе. Добыча ресурсов, изменение земель и загрязнение воздействуют также на местообитания и круговороты других веществ. Если изменения происходят быстрее, чем экосистемы способны приспособиться, устойчивость природных систем снижается.
Таблица связывает крупные изменения биосферы с их причинами и последствиями. Сравнивайте строки по горизонтали: так видно, какое воздействие привело к результату. Некоторые процессы связаны между собой: накопление кислорода, например, предшествовало формированию озонового слоя.
| Изменение | Причина или участники | Последствие для биосферы |
|---|---|---|
| Изменение состава атмосферы | Вулканические газы, геологические процессы, жизнедеятельность организмов | Изменились свойства воздушной оболочки и условия существования организмов |
| Накопление свободного кислорода | Фотосинтезирующие организмы, выделявшие кислород | Возросло содержание кислорода в атмосфере и изменились условия для жизни |
| Формирование озонового слоя | Накопление кислорода и его превращения в верхних слоях атмосферы | Ослабло воздействие ультрафиолетового излучения на живые организмы |
| Образование биогенных пород и полезных ископаемых | Накопление, захоронение и длительное преобразование остатков организмов | В земной коре возникли залежи угля, нефти и отложения известняка |
| Воздействие человека на круговороты веществ | Сжигание топлива, вырубка лесов, добыча ресурсов и преобразование территорий | Меняются потоки веществ, состояние местообитаний и устойчивость экосистем |
Задача 1. Объясните, почему появление фотосинтезирующих организмов считают важным этапом эволюции биосферы.
Установите, что фотосинтезирующие организмы поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Это связывает жизнедеятельность организмов с изменением состава окружающей среды.
Учтите, что сначала кислород расходовался на реакции с веществами океана и пород. Когда выделение кислорода стало превышать его расходование, свободный кислород начал накапливаться в атмосфере.
Свяжите накопление кислорода с дальнейшими изменениями атмосферы. Из кислорода образовался озоновый слой, который уменьшил воздействие ультрафиолета на поверхность Земли.
Ответ: фотосинтез изменил атмосферу, обеспечил накопление кислорода и создал предпосылки для образования озонового слоя. Поэтому появление фотосинтезирующих организмов стало одним из важнейших этапов эволюции биосферы.
Задача 2. Проследите путь углерода от атмосферного углекислого газа до известняка, образованного организмами.
Растения или водоросли поглощают углекислый газ, и углерод становится частью органических веществ. Затем он может перейти к другим организмам по цепи питания.
Некоторые водные организмы используют соединения углерода для формирования раковин и скелетов из минеральных веществ. После смерти их твёрдые остатки оседают на дне.
Если остатки накапливаются и захораниваются в осадках, они участвуют в образовании известняка. Углерод оказывается включён в породу, то есть путь элемента продолжается уже в земной коре.
Ответ: атмосферный углерод поглощается организмами, переходит в органические и минеральные структуры, а после накопления и захоронения остатков входит в состав известняка.
Задача 3. В регионе вырубили леса и усилили добычу топлива. Назовите возможные последствия для биосферы и объясните причинные связи.
При вырубке становится меньше растений, поглощающих углекислый газ при фотосинтезе. Кроме того, животные и другие организмы теряют часть местообитаний, поэтому могут измениться состав и устойчивость местных экосистем.
Добытое топливо при сжигании возвращает в атмосферу углерод, ранее находившийся в земной коре. В сочетании с сокращением лесов это может изменить круговорот углерода и увеличить содержание углекислого газа в атмосфере.
Проверьте, учтены ли разные стороны воздействия: изменение круговорота вещества, атмосферы и местообитаний. Последствия зависят от масштаба работ, поэтому нельзя сводить их только к одному фактору.
Ответ: возможны усиление выбросов углерода, уменьшение его поглощения лесами, разрушение местообитаний и снижение устойчивости экосистем. Эти последствия связаны между собой, поскольку изменение среды влияет и на круговороты веществ, и на живые сообщества.
Ошибка 1 — считать биосферу только совокупностью живых организмов. Так думают, если не учитывают, что живые существа преобразуют воду, воздух и горные породы. Проверка: можете ли вы назвать компоненты неживой среды, входящие в биосферу и связанные с жизнью? Если да, определение не сводится к перечню организмов.
Ошибка 2 — объяснять изменение атмосферы только геологическими процессами. Вулканы действительно выделяли газы, но фотосинтез тоже изменил состав воздуха, поскольку организмы выделяли кислород. Проверка: разделяйте причины на геологические и биологические и спрашивайте, что именно вызвало каждое изменение.
Ошибка 3 — путать биогенную миграцию атомов с перемещением организмов. Путешествовать могут животные, но термин относится к химическим элементам и их превращениям при участии жизни. Проверка: проследите, откуда элемент поступил, в какое вещество вошёл и куда попал после отмирания организма.
Ошибка 4 — исключать деятельность человека из эволюции биосферы. Иногда эволюцию связывают только с далёким прошлым, однако хозяйственная деятельность меняет круговороты веществ и состояние земных оболочек и сейчас. Проверка: назовите конкретное воздействие человека и проследите его последствия для среды и организмов.
Для изучения темы нужны знания об оболочках Земли, составе атмосферы и гидросферы, а также о признаках живых организмов. Она опирается на понимание фотосинтеза, дыхания и круговорота веществ в экосистемах: эти процессы помогают проследить, как элементы переходят между живой и неживой природой. В дальнейшем материал пригодится при изучении биосферы и ноосферы, глобальных экологических проблем и охраны природы. Связь между темами позволяет перейти от процессов в отдельных организмах к изменениям планетарного масштаба.
Почему состав атмосферы ранней Земли отличался от современного?
Ранняя Земля была горячей, а её атмосфера формировалась из газов, выделявшихся при вулканических извержениях. Свободного кислорода в ней почти не было, потому что фотосинтезирующие организмы ещё не успели его накопить.
Как фотосинтез повлиял на эволюцию биосферы?
Фотосинтезирующие организмы поглощали углекислый газ и выделяли кислород. Его накопление изменило состав атмосферы и создало условия для образования озонового слоя, который защищает живые организмы от части ультрафиолетового излучения.
Что означает биогенная миграция атомов?
Это перемещение и преобразование химических элементов при участии живых организмов. Элементы поступают из воздуха, воды и почвы в тела организмов, а после их отмирания возвращаются в окружающую среду или входят в состав новых веществ.
Каким образом организмы участвуют в образовании полезных ископаемых?
Организмы создают органические и минеральные вещества, а их остатки могут накапливаться и захораниваться. За длительное время из таких накоплений формируются, например, каменный уголь, нефть и известняк.
Почему деятельность человека считают фактором эволюции биосферы?
Хозяйственная деятельность меняет круговороты веществ, состав атмосферы и состояние местообитаний. Эти изменения влияют на экосистемы и могут нарушать природное равновесие, поэтому человек стал значимым фактором преобразования биосферы.
Физико-химическая эволюция в развитии биосферы
