64. Биосфера – живая оболочка Земли

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами и преобразуемая их деятельностью. Её следует понимать как единую систему: организмы связаны друг с другом и с воздухом, водой и горными породами. Поэтому описание биосферы включает и жизнь, и среду, в которой она существует.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Оно отличается от неживой материи способностью к обмену веществ и энергии, росту и размножению. Это понятие помогает оценивать суммарную роль всех организмов, а не отдельных видов.

Биогенное вещество — вещество, созданное организмами или возникшее из их остатков. Так образуются, например, каменный уголь из древнего органического вещества и известняк при накоплении остатков организмов. Происхождение вещества позволяет увидеть, как жизнь оставляет след в составе земной коры.

Биокосное вещество формируется при совместном действии живых организмов и неживых природных процессов. Почва возникает при выветривании горных пород, но на её состав также влияют корни растений, микроорганизмы и разлагающиеся остатки. Понятие нужно, чтобы не приписывать образование такой среды только живым или только неживым компонентам.

Как это устроено

Биосфера охватывает те части атмосферы, гидросферы и литосферы, где жизнь возможна. Её границы зависят от того, выдерживают ли организмы местные условия: например, сильный холод, нехватку воды или кислорода ограничивают их распространение. Поэтому оболочки Земли входят в биосферу не целиком, а лишь в пределах, где есть жизнь.

Организмы распределены в биосфере неравномерно, потому что условия обитания различаются. У поверхности суши и в верхних слоях вод обычно достаточно света для фотосинтеза, а вода и подходящая температура позволяют поддерживать жизненные процессы. В почве сосредоточены вода, минеральные вещества и органические остатки, но глубина, освещённость и газовый состав меняются, поэтому состав организмов тоже различен.

Живое вещество преобразует окружающую среду в ходе питания, дыхания, роста и разложения. Растения поглощают углекислый газ, а микроорганизмы разрушают остатки и возвращают вещества в среду; корни и почвенные организмы способствуют формированию почвы. Накопление и преобразование остатков организмов со временем участвует в образовании некоторых горных пород.

Организмы связаны с неживой природой переносом вещества и энергии. Энергия поступает в основном от Солнца: её улавливают организмы-продуценты, затем она передаётся по цепям питания и постепенно рассеивается. Химические элементы при этом не исчезают: они переходят из среды в организмы, а после выделения продуктов обмена и разложения возвращаются в среду и могут использоваться снова.

Деятельность живого вещества проявляется в разных биосферных функциях. Газовая функция связана с образованием и поглощением газов, концентрационная — с накоплением организмами определённых химических элементов, а окислительно-восстановительная — с превращениями веществ при обмене и разложении. Благодаря этим процессам меняются состав среды и доступность веществ, от которых зависят условия жизни.

Вещества биосферы и их происхождение

Чтобы определить тип вещества, сначала спросите, как оно возникло: только благодаря организмам, без них или при совместном действии живого и неживого. Примеры в таблице помогают закрепить правило, но решающим остаётся происхождение объекта. Живое вещество — сами организмы, а не созданные ими остатки.

Разбор задач

Задача 1

Условие: определите тип вещества биосферы для живых бактерий, каменного угля и гранита. Сравните объекты по происхождению, не по внешнему виду или месту нахождения. Нужно установить, присутствуют ли сейчас организмы и участвовали ли они в образовании вещества.

1. Бактерии — живые организмы, значит, это живое вещество.
2. Каменный уголь образовался из остатков древних растений, поэтому относится к биогенному веществу.
3. Гранит — горная порода, формирующаяся при геологических процессах без непосредственного участия организмов; это косное вещество.

Ответ: бактерии — живое вещество, каменный уголь — биогенное, гранит — косное.

Задача 2

Условие: объясните, почему почву относят к биокосному веществу, а не только к косному. Для ответа нужно учесть все процессы, благодаря которым возникает почва. Сам факт наличия в ней минеральных частиц ещё не описывает её происхождение целиком.

1. Выветривание разрушает горные породы и образует минеральные частицы — это неживой процесс.
2. Корни растений, микроорганизмы и другие организмы изменяют частицы и перерабатывают органические остатки.
3. Поскольку в формировании почвы участвуют обе группы процессов, её нельзя считать только косным веществом.

Ответ: почва — биокосное вещество, возникающее при совместном действии организмов и неживой природы.

Задача 3

Условие: растения поглощают углекислый газ, животные питаются растениями, а после разложения остатков углерод возвращается в среду. Опишите переходы углерода и роль организмов. Проследите, где элемент находится на каждом этапе, и не смешивайте его перемещение с переносом энергии.

1. Растения поглощают углерод из углекислого газа и включают его в органические вещества.
2. Когда животные едят растения, часть этого углерода переходит в их организм.
3. При разложении остатков и выделении продуктов обмена углерод возвращается в неживую среду и становится доступен для дальнейшего использования.

Ответ: организмы переносят углерод между средой и живым веществом; после разложения он возвращается в среду и участвует в круговороте.

Типичные ошибки

Ошибка — считать биосферой только совокупность организмов. Так думают, потому что именно жизнь заметнее всего, но без среды обитания понятие неполно: в биосферу входят также участки оболочек Земли и преобразованные вещества. Проверьте себя вопросом: включил ли я в описание воду, воздух и другие условия существования организмов?

Биогенное и биокосное вещества иногда путают, поскольку оба связаны с жизнью. Биогенное образовано организмами или их остатками, а биокосное возникает при взаимодействии живого с неживыми процессами. Для проверки выясните, создавалось ли вещество организмами или в его формировании обязательно участвовали обе стороны.

Неверно представлять границы биосферы одинаково пригодными для жизни повсюду. Такое упрощение возникает, если помнить только о наличии организмов на суше и в воде, не учитывая различия условий. Проверьте себя: назвали ли вы факторы вроде света, температуры, воды и газового состава, которые ограничивают распространение жизни?

Круговорот веществ не равен потоку энергии. Их смешивают, потому что оба процесса связывают организмы с окружающей средой, но химические элементы многократно возвращаются и используются снова, а энергия проходит через биосферу и рассеивается. Проверка проста: спросите, возвращается ли рассматриваемый ресурс в цикл или движется через систему в одном направлении.

Связь с другими темами

Чтобы понять биосферу, пригодятся знания о клетке и обмене веществ: они объясняют, как организм получает и преобразует вещества и энергию. Роли продуцентов, консументов и редуцентов показывают, как организованы переносы вещества в сообществах. Эти понятия затем используют при изучении экосистем, биогеохимических циклов и экологических проблем, где деятельность организмов рассматривают вместе с изменениями среды.

Что запомнить

• Биосфера — оболочка Земли, в пределах которой существует жизнь.
• Живое вещество составляет совокупность всех организмов биосферы.
• Организмы распределены в биосфере неравномерно.
• Живые организмы преобразуют вещества и условия среды.
• Вещество в биосфере участвует в круговоротах.
• Энергия проходит через биосферу потоком, главным образом поступая от Солнца.