5.1. Структура биосферы

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами и преобразуемая их деятельностью. Жизнь и её влияние охватывают нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Это понятие шире, чем «все организмы»: оно обозначает область, где жизнь существует и меняет среду.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Бактерии, растения, животные и другие группы рассматривают не по отдельности, а как единую планетарную систему. Такой взгляд помогает увидеть, как организмы вместе участвуют в круговороте веществ и воздействуют на оболочки Земли.

Биогенное вещество — вещество, образованное организмами или их остатками. К характерным примерам относятся торф, каменный уголь и известняк, возникший из скоплений раковин. Происхождение показывает, что вещество появилось благодаря жизни, даже если в нём уже нет живых организмов.

Биокосное вещество — результат совместного действия живых организмов и неживой природы. Пример — почва: она формируется при взаимодействии горной породы, воды, воздуха и организмов. В отличие от живого вещества, биокосное не состоит из организмов, а в отличие от косного, возникает не только под действием неживых процессов.

Как это устроено

Биосферу нельзя свести к совокупности организмов, потому что жизнь всегда связана со средой. Организмам необходимы вода, воздух и минеральные вещества, а их деятельность изменяет эти компоненты. Поэтому к биосфере относят не только живое вещество, но и среду его существования, и вещества, преобразованные жизнью. Без такого расширенного понимания нельзя объяснить, как живые и неживые части планеты влияют друг на друга.

Границы биосферы определяются не условными линиями на карте, а возможностью существования организмов и следами их деятельности. В нижней атмосфере живут некоторые организмы, а гидросфера заселена практически на всю глубину. В литосфере жизнь встречается лишь в верхней части, куда проникают вода и воздух и где сохраняются подходящие условия. Дальше распространение жизни ограничивают, например, температура, давление и нехватка необходимых веществ.

Живое вещество связывает компоненты биосферы благодаря обмену веществом со средой. Растения поглощают воду, углекислый газ и минеральные вещества, а животные получают вещества с пищей. После выделения продуктов обмена и разложения остатков элементы возвращаются в окружающую среду и снова могут быть использованы организмами. Так поддерживаются круговороты, а вещество перемещается между живой и неживой природой.

Группы веществ различают по их происхождению и участию живых организмов в образовании. Живое вещество составляют сами организмы, косное формируется без их участия, а биогенное создаётся организмами или их остатками. Биокосное возникает, когда в образовании вещества участвуют и организмы, и неживые процессы. Поэтому важно спрашивать не только, есть ли в веществе живые существа сейчас, но и как оно сформировалось.

Жизнедеятельность организмов постепенно меняет облик планеты, потому что её результаты накапливаются в течение длительного времени. Остатки организмов могут уплотняться и участвовать в образовании осадочных пород, а разрушение горных пород вместе с деятельностью организмов приводит к формированию почвы. Организмы также влияют на состав атмосферы, поглощая и выделяя газы. Так биологические процессы становятся частью геологических изменений Земли.

Вещества биосферы и их происхождение

Пользуйтесь таблицей как ключом к определению происхождения: сначала выясните, состоит ли объект из организмов, а затем — участвовала ли жизнь в его образовании. Если вещество создано организмами или их остатками, оно биогенное; если действовали и организмы, и неживая природа, оно биокосное. Это различие помогает классифицировать примеры, даже когда живых организмов в веществе уже нет.

Разбор задач

Организмы леса

Условие. Отнесите совокупность бактерий, растений и животных леса к одной из групп веществ биосферы и обоснуйте выбор. Важно определить, что именно описано: отдельный организм, остатки организмов или их совместно сформированная среда. В условии перечислены разные организмы, объединённые общей территорией.

1. Проверяем, состоит ли объект из организмов: в совокупности есть бактерии, растения и животные.
2. Сопоставляем объект с определением: живое вещество — все организмы, а не один вид или отдельная особь.
3. Учитываем, что лесная совокупность — часть живого вещества биосферы, хотя она не охватывает все организмы планеты.

Ответ. Совокупность бактерий, растений и животных леса относится к живому веществу. Это вывод следует из того, что объект составлен из организмов, а не из продуктов их жизнедеятельности или смеси живой и неживой природы. Сам лесной набор организмов является частью живого вещества всей биосферы.

Известняк и гранит

Условие. Определите группы веществ для известняка, образованного из остатков организмов, и гранита, сформировавшегося без участия жизни. Здесь решающим будет происхождение каждого объекта, а не то, есть ли в нём организмы сейчас. Нужно отдельно применить критерий к известняку и к граниту.

1. Для известняка используем сведения об образовании: его материал возник из остатков организмов, значит, участие жизни было непосредственным.
2. Сопоставляем происхождение с определением: вещества, созданные организмами или их остатками, называют биогенными.
3. Для гранита проверяем, участвовали ли организмы в его формировании: условие указывает, что он образовался без их участия, поэтому это косное вещество.

Ответ. Известняк из остатков организмов — биогенное вещество, а гранит, сформировавшийся без участия жизни, — косное. Не следует относить их к одной группе только потому, что оба являются горными породами. Важен способ образования, указанный в условии.

Образование почвы

Условие. Почва сформировалась при взаимодействии горной породы, воды, воздуха и организмов. Определите группу вещества и поясните, какие компоненты участвовали в его создании. Наличие организмов важно, но одного этого факта недостаточно для вывода.

1. Разделяем факторы образования на живые и неживые: организмы относятся к живой природе, а порода, вода и воздух — к неживой.
2. Проверяем критерий групп: биогенное вещество образуется организмами или их остатками, тогда как биокосное возникает при совместном действии обеих частей природы.
3. Поскольку в условии названы и организмы, и неживые компоненты, выбираем группу, описывающую их совместное влияние.

Ответ. Почва — биокосное вещество. Её образование нельзя объяснить только деятельностью организмов или только неживыми процессами: участвуют и те и другие. Такой вывод основан на способе формирования почвы, а не просто на том, что в ней могут жить организмы.

Типичные ошибки

Ошибка: считать биосферу только совокупностью живых организмов. Обычно так происходит потому, что слово «биосфера» связывают со словом «биология» и самой жизнью. Но биосфера включает ещё среды обитания и вещества, преобразованные организмами. Проверьте себя: если из описания исчезли вода, воздух, горные породы и продукты жизнедеятельности, значит, учтена только часть биосферы.

Ошибка: полагать, что биосфера занимает всю толщу атмосферы, гидросферы и литосферы. Так можно подумать, услышав, что жизнь связана со всеми тремя оболочками Земли. На самом деле организмы и их влияние распространены лишь в определённых частях этих оболочек. Проверка простая: укажите не только оболочку, но и область, где возможна жизнь, например нижнюю атмосферу или верхнюю литосферу.

Ошибка: путать биогенное и биокосное вещество. Слова похожи, а в обоих случаях образование связано с живыми организмами. Однако биогенное вещество создано организмами или их остатками, а биокосное возникает при совместном действии жизни и неживой природы. Для самопроверки назовите все факторы образования: если среди них есть и живые, и неживые, речь о биокосном веществе.

Ошибка: считать биогенным любое вещество, в котором обнаружены организмы. Такое смешение возникает, когда наличие живых существ принимают за доказательство происхождения вещества. Но классифицируют по способу образования, а не по тому, кто живёт в веществе сейчас. Проверьте себя вопросом: создали ли организмы само вещество или только обитают в нём? Например, организм в песке не превращает песок автоматически в биогенное вещество.

Связь с другими темами

Для понимания структуры биосферы нужны знания о строении Земли и её оболочках — атмосфере, гидросфере и литосфере. Понятие круговорота веществ объясняет, как обмен между организмами и средой объединяет компоненты биосферы. Эти представления пригодятся при изучении экологии, глобальных изменений окружающей среды и воздействия человека на природу. Они помогают оценивать последствия нарушений природных связей, а не рассматривать организмы отдельно от их среды.

Что запомнить

• Биосфера — область Земли, где существует жизнь и проявляется её преобразующее влияние.
• Живое вещество — совокупность всех организмов планеты.
• Биогенное вещество образовано организмами или их остатками.
• Биокосное вещество возникает при взаимодействии живой и неживой природы.
• Живые организмы участвуют в круговороте веществ и изменяют среду обитания.
• Границы биосферы связаны с условиями существования жизни и влиянием организмов.