§ 21. Биосфера как глобальная биосистема и экосистема 103

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, заселённая организмами и преобразуемая их деятельностью. Она охватывает участки атмосферы, гидросферы и литосферы, в которых возможна жизнь. Это понятие помогает видеть планету как общую среду существования организмов, а не как набор несвязанных оболочек.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Его значение определяется не только числом и разнообразием организмов: их обмен веществом и энергией влияет на состав воздуха, воды и почвы. Поэтому живое вещество участвует в планетарных процессах.

Биогенное вещество — вещество, образованное организмами или продуктами их жизнедеятельности. К нему относят, например, уголь, торф и известняк, возникший из остатков организмов. Оно отличается от косного вещества, которое формируется без участия живых организмов.

Биокосное вещество образуется при совместном действии организмов и неживой природы. Почва — такой пример: она складывается из минеральных частиц, преобразованных горных пород, остатков организмов и продуктов их деятельности. Это понятие показывает, что живое и неживое могут создавать единый результат.

Как это устроено

Биосфера занимает не всю толщу земных оболочек, а только участки, где условия позволяют организмам жить. В атмосфере жизнь ограничивают температура, влажность, давление и доступность питательных веществ, поэтому освоена лишь её нижняя часть. Гидросфера пригодна для жизни почти целиком, а в литосфере организмы встречаются преимущественно в верхних слоях, куда проникают вода и воздух.

Биосферу называют глобальной биосистемой, потому что её части зависят друг от друга. Организмы взаимодействуют между собой, а также зависят от воды, воздуха, света, температуры и почвы. Изменение условий в одной области способно повлиять на другие области через перемещение организмов и веществ.

Биосфера является глобальной экосистемой: в ней есть живые организмы, неживая среда и связи между ними. Энергия поступает главным образом от Солнца, усваивается организмами и передаётся по цепям питания, постепенно рассеиваясь в виде тепла. Вещества при этом многократно переходят из среды в организмы и обратно, поэтому круговороты связывают разные части планеты.

Организмы изменяют состав и свойства оболочек Земли, потому что поглощают одни вещества и выделяют другие. Фотосинтез влияет на содержание углекислого газа и кислорода в атмосфере, а деятельность организмов и разложение остатков участвуют в образовании почвы. Накапливаясь и преобразуясь, остатки организмов могут становиться материалом осадочных пород.

Круговорот веществ поддерживает существование биосферы, поскольку запасы необходимых элементов ограничены и должны снова становиться доступными организмам. Растения поглощают вещества из воздуха, воды и почвы, животные получают их с пищей, а выделение и разложение возвращают вещества в среду. На каждом этапе работают организмы и природные процессы, а для их протекания требуется энергия.

Вещество биосферы и его происхождение

Чтобы определить тип вещества, сначала выясните, как оно возникло, а не только как выглядит. Если его создали организмы, это биогенное вещество; если участвовали и живые организмы, и неживые процессы, оно биокосное. Косное вещество формируется без участия живого.

Разбор задач

Задача 1. Определите, к какому типу вещества биосферы относится известняк, образованный из остатков организмов. Нужно классифицировать вещество по происхождению, а не по его нынешнему минеральному составу. Последовательно установим, участвовали ли в его образовании организмы и как именно.

1. Условие указывает, что известняк образовался из остатков организмов. Значит, его происхождение связано с деятельностью живого вещества. Для классификации это важнее того, что сейчас порода неживая.
2. Сравним происхождение с определением: биогенным называют вещество, образованное организмами или продуктами их жизнедеятельности. Остатки организмов накапливались и со временем преобразовались в породу. Следовательно, известняк подходит под это определение.

Ответ: известняк, образованный из остатков организмов, — биогенное вещество. Не следует называть его биокосным только потому, что порода состоит из минеральных частиц. В задаче прямо указано происхождение из остатков организмов.

Задача 2. Объясните, почему лес можно рассматривать как экосистему, а биосферу — как глобальную экосистему. Сопоставьте их состав и связи, не ограничиваясь перечнем организмов. Важно учесть среду обитания и обмен веществом и энергией.

1. В лесу живут растения, животные, грибы и микроорганизмы, а также есть неживая среда: почва, вода, воздух, свет и температура. Организмы взаимодействуют между собой и зависят от этих условий. Поэтому лес — экосистема.
2. Биосфера включает множество сред и сообществ организмов на планете. Между ними перемещаются вещества, а потоки энергии проходят через живые системы. По тем же признакам, но в глобальном масштабе, биосфера является экосистемой.

Ответ: лес — экосистема определённой территории, а биосфера — глобальная экосистема, объединяющая все связанные с жизнью части Земли. В обоих случаях есть организмы, неживая среда и взаимодействия. Различается масштаб системы.

Задача 3. Проследите путь углерода из атмосферного углекислого газа через растение и животное обратно в атмосферу. Укажите процессы на каждом этапе. Такой разбор показывает связь живых организмов с неживой средой и помогает не пропустить, где вещество входит в организм и где выходит из него.

1. Растение поглощает углекислый газ из воздуха. При фотосинтезе оно использует углерод для образования органических веществ, поэтому углерод переходит из атмосферы в живое вещество.
2. Животное поедает растение или его части и усваивает содержащие углерод органические вещества. Углерод становится частью тканей животного, а часть органики используется в обмене веществ.
3. При дыхании животное выделяет углекислый газ в атмосферу. После смерти остатки организмов разлагаются, и углерод также возвращается в среду, в том числе в виде углекислого газа.

Ответ: углерод проходит путь «атмосферный углекислый газ → растение → животное → атмосфера». Основные процессы — фотосинтез, питание, дыхание и разложение. Так вещество циркулирует между неживой средой и организмами.

Типичные ошибки

Ошибка: считать биосферу только совокупностью организмов. Так думают, потому что слово связано с жизнью, но организмы существуют не отдельно от среды. В состав биосферы входят также освоенные ими участки оболочек и преобразованные вещества. Проверьте себя: можете ли вы назвать неживые компоненты и связи в этой системе?

Ошибка: путать биогенное и биокосное вещество. Оба типа связаны с жизнью, поэтому названия легко смешать. Биогенное создано организмами или их продуктами, а биокосное возникло при совместном действии живой и неживой природы. Чтобы проверить ответ, спросите, участвовали ли в образовании вещества оба фактора.

Ошибка: представлять круговорот веществ замкнутым и не требующим энергии. Слово «круговорот» может создать впечатление, что всё возвращается само собой и без затрат. В действительности переходы происходят благодаря природным процессам и деятельности организмов, а на них расходуется энергия. Проверьте объяснение: назовите источник энергии, прежде всего Солнце.

Ошибка: считать, что условия жизни одинаковы у границ биосферы и повсюду внутри неё. Границу иногда воспринимают как линию, за которой жизнь внезапно исчезает. На деле распространение организмов ограничивают температура, вода, давление и другие условия среды. Проверка проста: объясните, какие именно условия позволяют или не позволяют организмам существовать в конкретном месте.

Связь с другими темами

Для понимания биосферы пригодятся знания об уровнях организации живой природы, признаках экосистемы и связи организмов со средой. Они помогают перейти от отдельных организмов к системе планетарного масштаба. Представление о биосфере понадобится при изучении круговоротов веществ, глобальных экологических проблем и влияния человека на природу. Эти темы показывают, как локальные изменения могут отражаться на природных системах.

Что запомнить

• Биосфера — глобальная оболочка Земли, населённая организмами.
• Биосферу рассматривают как глобальную биосистему и глобальную экосистему.
• Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы.
• Живые организмы участвуют в преобразовании оболочек Земли.
• Круговороты связывают живую и неживую природу.
• Почва — пример биокосного вещества.