46. Структура биосферы

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, населённая организмами и преобразуемая их деятельностью. Она включает всю гидросферу, нижнюю часть атмосферы и верхнюю часть литосферы. Такое определение помогает увидеть, что биосфера — не только сами организмы, но и область планеты, где они живут и взаимодействуют со средой.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Его роль определяется не одной лишь массой: организмы поглощают, выделяют и преобразуют вещества, влияют на воздух, воду и горные породы. Понятие нужно, чтобы рассматривать жизнь как общую силу, меняющую планету, а не как набор отдельных видов.

Биогенное вещество — вещество, созданное организмами или возникшее из их остатков. Например, многие известняки образуются из накопившихся остатков морских организмов, а каменный уголь связан с древними растительными остатками. Происхождение таких веществ показывает, что деятельность жизни может сохранять след в земной коре очень долго.

Биокосное вещество возникает при совместном действии живых организмов и неживой природы. Почва формируется из минеральных частиц, воды и воздуха, но на её состав и свойства влияют корни, микроорганизмы и разлагающиеся остатки. Это понятие помогает объяснить, почему почву нельзя отнести только к живому или только к неживому.

Как это устроено

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Граница проходит не по условной линии, а там, где условия перестают поддерживать жизнь: имеют значение температура, вода, кислород и другие факторы. Вода и растворённые вещества доступны организмам в океанах и внутренних водоёмах, а в верхних слоях пород встречаются микроорганизмы и корни растений. Поэтому биосфера связана с оболочками планеты, но не охватывает их целиком.

Организмы распределены в биосфере неравномерно, потому что условия жизни в разных местах неодинаковы. В атмосфере с высотой меняются температура, давление и доступность воды, а в океане условия зависят от глубины, освещённости и содержания кислорода. В литосфере жизнь ограничивают глубина, температура и нехватка ресурсов. В итоге виды и количество организмов зависят от того, насколько среда подходит для их жизни.

Живое вещество составляет лишь часть биосферы, где есть также вода, воздух и горные породы. Но организмы меняют их состав и свойства: растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а корни могут разрушать породы. Остатки организмов становятся источником веществ для почвы и других организмов. Именно постоянная деятельность живого объясняет его большое влияние на среду, даже если масса организмов невелика по сравнению с массой неживых компонентов.

Вещества биосферы различают по происхождению. Живое вещество — сами организмы; биогенное возникает благодаря их деятельности или из их остатков; косное формируется без участия организмов. Биокосное образуется там, где живые существа действуют совместно с неживыми процессами. Такое деление не зависит только от того, можно ли увидеть в веществе живые клетки сейчас: важен способ его образования.

Круговорот веществ связывает живое и неживое. Организмы берут вещества из окружающей среды, используют их для роста и жизнедеятельности, а затем возвращают в среду при дыхании, выделении и разложении остатков. Так элементы снова становятся доступными другим организмам и переходят между компонентами биосферы. Если звенья этого взаимодействия исчезают или меняются, изменяются и состав среды, и дальнейший ход круговорота.

Вещества биосферы и их происхождение

Таблица помогает сопоставить вещества не по внешнему виду, а по тому, как они возникли. Для классификации задайте вопрос: участвовали ли в образовании организмы, и если да, то самостоятельно или вместе с неживыми процессами? Один и тот же объект следует относить к группе по его происхождению.

Разбор задач

Задача: определите, какие части Земли входят в биосферу: верхняя часть атмосферы, вся толща океана, глубокие недра литосферы. Сначала нужно вспомнить, что биосфера распространяется туда, где возможна жизнь, а не на оболочки целиком. Затем проверим каждый вариант с учётом этого условия.

1. Верхняя часть атмосферы не относится к основным областям распространения жизни: биосфера охватывает её нижнюю часть.
2. Вся толща океана входит в гидросферу, а гидросфера входит в биосферу.
3. Глубокие недра литосферы не входят в биосферу целиком: жизнь встречается только в её верхней части.

Ответ: вся толща океана входит в биосферу; верхняя часть атмосферы и глубокие недра литосферы не входят в указанные границы. Для проверки достаточно сопоставить каждый участок с тремя оболочками и их частями. Не следует путать верхнюю часть атмосферы с нижней или верхнюю литосферу с глубокими недрами.

Задача: распределите известняк, живые растения, гранит и почву по группам веществ биосферы. Здесь решает не внешний вид объекта, а его происхождение. Сначала выясним, является ли объект организмом, а затем — участвовали ли организмы в его образовании.

1. Растения — сами организмы, поэтому это живое вещество.
2. Известняк может образоваться из остатков организмов, поэтому его относят к биогенному веществу.
3. Гранит образуется без участия организмов и относится к косному веществу.
4. Почва формируется при взаимодействии организмов и неживых компонентов, поэтому она биокосная.

Ответ: растения — живое вещество, известняк — биогенное, гранит — косное, почва — биокосное. Слово «может» для известняка важно: классификация связана с его происхождением, а не просто с названием горной породы. Если происхождение объекта неизвестно, сначала нужно выяснить, как он образовался.

Задача: объясните, почему исчезновение организмов в экосистеме со временем изменит состав почвы и круговорот веществ. Нужно проследить, что организмы делают для среды и что происходит, когда эти процессы прекращаются. Речь идёт не о мгновенном исчезновении почвы, а о постепенном изменении её формирования и состава.

1. Организмы оставляют остатки, которые разлагаются и пополняют почву веществами.
2. Корни и почвенные организмы влияют на структуру и свойства почвы, а микроорганизмы участвуют в разложении.
3. Без этих процессов поступление и превращение веществ изменится, поэтому нарушатся связи между организмами и неживой средой.

Ответ: после исчезновения организмов поступление органических остатков и их переработка прекратятся или резко сократятся, поэтому постепенно изменится состав почвы. Одновременно нарушатся пути возвращения веществ в окружающую среду и их повторного использования. Значит, изменения живого вещества отражаются на неживых компонентах биосферы.

Типичные ошибки

Ошибка — считать биосферой только совокупность организмов. Так думают, потому что именно живые существа особенно заметны, но понятие включает также область их обитания и вещества, которые они преобразуют. Проверьте себя вопросом: включил ли я в определение среду и результаты деятельности организмов?

Ошибка — проводить границы биосферы по всей атмосфере и литосфере. Это происходит, если помнить названия оболочек, но забыть, что жизнь занимает только их части. Для проверки назовите границы точнее: вся гидросфера, нижняя атмосфера и верхняя литосфера.

Ошибка — называть биогенным любое вещество, в котором сейчас обнаруживаются организмы. Путаница возникает, когда внимание сосредоточено на нынешнем составе, а не на происхождении вещества. Чтобы проверить ответ, выясните, было ли вещество создано организмами или появилось из их остатков.

Ошибка — смешивать биогенное и биокосное вещества. Оба связаны с жизнью, поэтому их легко принять за одно и то же, но биокосное возникает именно при совместном действии живого и неживого. Спросите себя, участвовали ли в образовании вещества также вода, минеральные частицы или другие неживые компоненты: если да, это может быть биокосное вещество.

Связь с другими темами

Чтобы разбираться в границах биосферы, нужно знать оболочки Земли — атмосферу, гидросферу и литосферу — и условия жизни организмов. Круговорот веществ и потоки энергии в экосистемах раскрывают, как связаны живые существа и неживая среда. Эти представления помогают понять влияние человека на природу: изменение одного компонента может отразиться на других и стать экологической проблемой.

Что запомнить

• Биосфера — оболочка Земли, в которой существует жизнь.
• Биосфера включает всю гидросферу, нижнюю часть атмосферы и верхнюю часть литосферы.
• Живое вещество — все организмы биосферы в совокупности.
• Биогенное вещество образуется в результате деятельности организмов или из их остатков.
• Косное вещество формируется без участия организмов.
• Биокосное вещество возникает при взаимодействии живого и неживого.
• Круговорот веществ связывает компоненты биосферы.