§12. Биосфера: как работает система жизнеобеспечения планеты

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, где существует жизнь и где живые организмы взаимодействуют с неживой природой. Это не отдельное место вроде леса или озера, а связанная система разных сред. Понятие помогает увидеть, что жизнь охватывает большие области планеты и зависит от их состояния.

Живое вещество — совокупность всех живых организмов планеты и их влияния на окружающую среду. К нему относятся и крошечные бактерии, и крупные животные, и растения. Это понятие нужно, чтобы учитывать не только число организмов, но и то, как они меняют условия вокруг себя.

Границы биосферы — области атмосферы, гидросферы и литосферы, в которых возможна жизнь. Они показывают, где живые организмы могут находить необходимые условия. При этом граница не является ровной чертой: пригодность среды постепенно меняется, а сами организмы встречаются не везде.

Круговорот веществ — непрерывное перемещение веществ между живыми организмами и компонентами неживой природы. Например, вещества из почвы попадают в растение, затем — в животное, а после разложения остатков возвращаются в среду. Это понятие объясняет, почему природные вещества могут использоваться снова.

Как это устроено

Биосфера охватывает части атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. В этих областях есть условия, необходимые организмам: вода, воздух, подходящая температура и вещества для питания. Выше в атмосфере и глубже в земной коре такие условия становятся всё менее подходящими, поэтому жизнь там ограничена.

Живые организмы не просто занимают место в биосфере, а изменяют его. Например, растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а корни влияют на почву и горные породы. Из-за этой деятельности состав воздуха, свойства почвы и состояние воды зависят от жизни, а изменения среды, в свою очередь, отражаются на организмах.

Растения используют энергию солнечного света, чтобы создавать органические вещества — материал, из которого строится их тело. Животные получают вещества и энергию, поедая растения или других животных. Так энергия проходит через живые сообщества, а растения становятся важной основой питания для множества организмов.

Вещества переходят из неживой природы в организмы и возвращаются обратно. Растение получает их из воздуха, воды и почвы, животное — с пищей, а при дыхании и выделении часть веществ снова попадает в окружающую среду. После гибели организмов их остатки разлагаются, поэтому вещества не исчезают, а становятся доступными для нового использования.

Связи организмов со средой помогают сохранять условия, необходимые для жизни. Если нарушаются круговороты веществ или загрязняются воздух, вода и почва, организмы могут лишиться пищи и подходящего места обитания. Изменение одной части системы способно повлиять на другие, потому что природные связи соединяют их между собой.

Части биосферы и их роль в поддержании жизни

Чтобы пользоваться таблицей, сначала найди нужную часть биосферы, а затем сравни её компоненты с местом, где живёт организм. Последний столбец показывает, что части биосферы не существуют отдельно от жизни.

Разбор задач

Задача 1. Определи, к какой части биосферы относятся рыбы в озере, птицы в воздухе и дождевые черви в почве. Сначала нужно выяснить, в какой среде обитает каждый организм. Затем соотнеси среду с оболочкой Земли, к которой она относится. Помни, что речь идёт о месте обитания, а не о том, где животное оказалось случайно.

1. Рыбы живут в воде озера, а вода относится к гидросфере.
2. Птицы находятся в воздухе, который относится к атмосфере.
3. Дождевые черви обитают в почве, связанной с верхней частью литосферы.

Ответ. Рыбы относятся к гидросфере, птицы — к атмосфере, дождевые черви — к литосфере. Организмы могут перемещаться, но для ответа мы определяем ту среду, где они живут в условии. Так можно связать конкретное место обитания с частью биосферы.

Задача 2. Углекислый газ из воздуха попал в растение, затем — в животное, а после разложения остатков вернулся в почву и воздух. Объясни, что показывает этот путь. Проследи, где находится газ на каждом этапе: сначала в неживой природе, потом в организмах, затем снова в среде. Так станет понятно, что перемещается не только организм, но и вещество.

1. Вначале углекислый газ находится в воздухе, то есть в неживой природе.
2. Растение получает его из воздуха и использует при создании органических веществ.
3. Животное получает вещества растения с пищей, а после разложения остатков вещества возвращаются в почву и воздух.

Ответ. Этот пример показывает круговорот веществ между неживой природой и организмами. Вещество меняет место и форму, но не исчезает после использования. Возвращаясь в окружающую среду, оно может снова попасть в живые организмы.

Задача 3. В лесу исчезли грибы и бактерии-разрушители. Объясни, что произойдёт с остатками растений и животных и почему со временем пострадают другие организмы. Разрушители разлагают остатки, поэтому нужно представить, как изменится их работа, если они исчезнут. Затем проследи, что случится с веществами, которые обычно возвращались в почву.

1. Без грибов и бактерий остатки растений и животных будут разлагаться гораздо медленнее.
2. Меньше веществ из этих остатков будет возвращаться в почву и становиться доступными растениям.
3. Если растениям станет не хватать нужных веществ, это затронет животных, которые ими питаются, и другие звенья природных связей.

Ответ. Остатки начнут накапливаться, а возвращение веществ в окружающую среду замедлится. Растениям станет труднее получать необходимые вещества, поэтому могут пострадать и организмы, зависящие от растений. Так исчезновение одной группы организмов влияет на другие части биосферы.

Типичные ошибки

Ошибка — считать биосферой только места, где живут заметные животные и растения. Так думают, потому что их проще увидеть, чем мелкие организмы или жизнь в почве и воде. Но жизнь есть и в нижних слоях воздуха, и в других средах; проверяй себя, вспоминая не только лесных животных, но также микроорганизмы и обитателей почвы.

Ошибка — представлять границы биосферы как ровную оболочку с чёткой линией. Такое представление удобно, но условия для жизни меняются постепенно, а организмы распределены неравномерно. Чтобы проверить себя, спроси, одинаково ли пригодны для жизни все части атмосферы и земной коры: если нет, границы нельзя понимать как простую линию.

Ошибка — думать, что вещества исчезают после того, как их использовал организм. Это кажется правдоподобным, если не проследить, что происходит с организмом и его остатками. Вспомни дыхание, выделение и разложение: вещества переходят в другие формы и возвращаются в среду, откуда могут попасть к новым организмам.

Ошибка — считать, что биосфера состоит только из живых организмов. Возможно, жизнь кажется главной частью этой оболочки, но она не может существовать без воды, воздуха и почвы. Проверь себя вопросом, входит ли в биосферу среда, где живут организмы: без связанных с жизнью частей неживой природы определение будет неполным.

Связь с другими темами

Чтобы понять биосферу, нужно знать, чем живые организмы отличаются от неживых тел и какие условия нужны для жизни. Тема связана со средой обитания и взаимосвязями организмов, которые помогают изучать экосистемы. Круговорот веществ пригодится при изучении питания организмов, почвы и влияния человека на природу. Эти знания помогают проследить, как изменение среды отражается на живых существах.

Что запомнить

• Биосфера — оболочка Земли, в которой существует жизнь.
• Биосфера включает части атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.
• Живые организмы взаимодействуют с неживой природой и изменяют её.
• Солнечная энергия служит источником энергии для большинства живых сообществ.
• Вещества переходят между организмами и окружающей средой.
• Разрушители возвращают вещества из остатков организмов в окружающую среду.
• Загрязнение и нарушение природных связей могут угрожать жизни в биосфере.