§ 25. Условия жизни на Земле

Определения и обозначения

Условия жизни на Земле — совокупность физических и химических особенностей планеты, благодаря которым возможно существование организмов. К ним относятся поступление энергии, наличие воды, подходящая температура и вещества, необходимые для жизненных процессов. Это понятие помогает увидеть, что жизнь зависит не от одного фактора, а от целого комплекса условий.

Солнечная энергия — энергия, поступающая от Солнца и обеспечивающая освещение и нагрев Земли. Она участвует в фотосинтезе — образовании органических веществ растениями и некоторыми другими организмами на свету. Поэтому солнечная энергия поддерживает многие пищевые цепи и влияет на температуру поверхности.

Атмосфера — газовая оболочка Земли, окружающая планету. В ней есть газы, необходимые организмам, а также она удерживает часть тепла и ослабляет действие некоторых опасных факторов. Без атмосферы условия на поверхности были бы намного менее устойчивыми.

Гидросфера — водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, реки, озёра, ледники и подземные воды. Вода образует среду обитания для множества организмов и необходима для протекания реакций обмена веществ. Понятие гидросферы показывает, что вода распределена по планете в разных формах, а не только в водоёмах.

Как это устроено

Земля находится на таком расстоянии от Солнца, что получает энергию, необходимую для освещения и нагрева поверхности. Если бы поступление солнечной энергии было намного меньше, температура в большинстве областей стала бы слишком низкой для привычных форм жизни и жидкая вода встречалась бы реже. При значительно большем нагреве вода активнее испарялась бы, а условия для организмов изменились бы. Само расстояние не объясняет всё: важны также атмосфера и свойства поверхности, которые влияют на распределение тепла.

Атмосфера поддерживает жизнь несколькими способами, потому что представляет собой смесь газов и физическую оболочку планеты. Кислород используют многие организмы при дыхании, а углекислый газ необходим растениям для фотосинтеза. Некоторые газы атмосферы удерживают часть тепла, поэтому поверхность не так быстро остывает. Атмосфера также ослабляет воздействие части опасного излучения и задерживает многие небольшие космические тела; таким образом, она не только снабжает организмы газами.

Вода широко распространена на Земле, но большая её часть находится в океанах и морях и является солёной. Важное свойство воды — способность растворять многие вещества: благодаря этому они могут перемещаться и вступать в реакции внутри организмов. Вода входит в состав клеток, участвует в обмене веществ и помогает переносить вещества между частями организма. Океаны, пресные водоёмы и влажные почвы также служат средой обитания, но условия в них различаются.

Вращение Земли вокруг своей оси приводит к тому, что разные участки планеты поочерёдно оказываются освещёнными Солнцем: так сменяются день и ночь. Это чередование задаёт регулярные изменения освещённости и температуры, к которым приспособлены организмы. Времена года возникают по другой причине: ось Земли наклонена, а планета обращается вокруг Солнца. В течение года меняются угол падения солнечных лучей и длина дня в полушариях, поэтому меняются освещённость и нагрев.

Ни атмосфера, ни вода, ни солнечная энергия не создают благоприятную среду в одиночку. Солнечное тепло влияет на испарение воды, а атмосфера участвует в круговороте воды и переносе тепла. Вода и воздух взаимодействуют с поверхностью планеты, а живые организмы используют вещества и энергию из окружающей среды. Поэтому условия жизни формируются совместным действием природных оболочек, а изменение одной из них может повлиять на остальные.

Основные условия жизни на Земле и их значение

Таблица помогает сравнить условия по трём вопросам: что это за фактор, как он проявляется и какую роль играет. При разборе конкретного примера ищите не один пункт, а сочетание условий. Например, наличие воды связано и с температурой, и с атмосферным давлением.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Назовите два условия, благодаря которым на поверхности Земли может существовать жидкая вода. Нужно указать факторы, связанные с физическим состоянием воды, а не просто перечислить все условия жизни.

1. Сначала учитываем температуру: при слишком сильном охлаждении вода замерзает, а при сильном нагреве интенсивно испаряется. Положение Земли относительно Солнца и свойства атмосферы помогают поддерживать подходящий температурный режим.
2. Затем учитываем давление: атмосферное давление на поверхности позволяет воде сохраняться в жидком состоянии в обычном для Земли диапазоне температур. На безвоздушном небесном теле условия на поверхности были бы другими.
3. Проверяем, что названы два разных фактора — температурный режим и давление, а не два способа описать нагрев.

Ответ. Для существования жидкой воды на поверхности важны подходящая температура и атмосферное давление.

Задача 2

Условие. Объясните, как атмосфера одновременно обеспечивает организмам необходимые газы и защищает их от неблагоприятных воздействий. В ответе нужно раскрыть несколько функций оболочки, не сводя её роль к одному кислороду.

1. Называем газовую функцию: кислород нужен многим организмам для дыхания, а углекислый газ используется растениями при фотосинтезе. Значит, состав атмосферы связан с разными жизненными процессами.
2. Добавляем влияние на температуру: атмосфера удерживает часть тепла, поэтому поверхность меньше остывает. Это помогает поддерживать более устойчивые условия.
3. Указываем защитную функцию: атмосфера ослабляет часть опасного излучения и задерживает многие небольшие космические тела. Получается, что она одновременно влияет на газообмен и уменьшает действие некоторых внешних факторов.

Ответ. Атмосфера содержит газы, необходимые для дыхания и фотосинтеза, удерживает часть тепла и защищает поверхность от некоторых опасных воздействий.

Задача 3

Условие. Предположите, как изменились бы условия жизни на Земле, если бы планета находилась значительно ближе к Солнцу и не имела атмосферы. Проследите последствия и для температуры, и для воды, и для защиты поверхности.

1. Более близкое положение к Солнцу означало бы получение большего количества солнечной энергии. Поверхность сильнее нагревалась бы, поэтому условия для существования жидкой воды могли бы ухудшиться из-за интенсивного испарения.
2. Отсутствие атмосферы означало бы, что у поверхности не было бы газовой оболочки, которая удерживает часть тепла и ослабляет опасное излучение. Температурные условия стали бы более резкими, а организмы лишились бы источника важных газов.
3. Связываем последствия: усиленный нагрев и отсутствие атмосферной защиты затруднили бы существование организмов. Нельзя утверждать, что вся вода обязательно исчезла бы, но устойчивые условия для жидкой воды на поверхности стали бы менее вероятны.

Ответ. Поверхность сильнее нагревалась бы, условия для жидкой воды ухудшились бы, а организмы лишились бы атмосферной защиты и необходимых газов. В результате жизнь на поверхности стала бы значительно менее вероятной.

Типичные ошибки

• Ошибка — считать, что для жизни достаточно солнечного света. Её допускают, потому что свет заметен и даёт энергию, но организмам нужны также вода, подходящая температура и химические вещества. Проверьте себя: можете ли вы назвать условия, необходимые клетке помимо света? Если нет, список факторов неполон.

• Ошибка — сводить значение атмосферы к кислороду. Так думают, потому что кислород часто связывают с дыханием, однако атмосфера также удерживает тепло, содержит другие важные газы и ослабляет часть опасных воздействий. Для проверки перечислите функции атмосферы, не повторяя только её газовый состав.

• Ошибка — считать, что вся вода на Земле пресная. Это представление может возникнуть из-за повседневного знакомства с питьевой водой, но основная часть вод планеты солёная и находится в океанах и морях. Проверка простая: различайте общую воду гидросферы и доступную пресную воду.

• Ошибка — объяснять смену сезонов изменением расстояния Земли от Солнца. Сезоны связаны с наклоном земной оси и движением Земли вокруг Солнца, из-за которых меняются угол падения лучей и длина дня. Проверьте себя: назовите эти две причины, а не объясняйте сезоны одним удалением или приближением планеты.

Связь с другими темами

Для понимания условий жизни нужно представлять строение Земли, её оболочки и движения вокруг своей оси и Солнца. Эти знания пригодятся при изучении биосферы, экологических факторов и приспособленности организмов к среде. Роль воды, атмосферы и солнечной энергии помогает объяснять, где распространяется жизнь и какие факторы могут ограничивать её существование. Так физические свойства планеты связываются с биологией организмов и экосистем.

Что запомнить

• Жизнь на Земле возможна благодаря сочетанию нескольких условий.
• Солнце — главный внешний источник энергии для большинства экосистем.
• Атмосфера участвует в газообмене, сохраняет тепло и защищает поверхность планеты.
• Вода необходима для жизненных процессов и служит средой обитания.
• Подходящий температурный режим связан с положением Земли относительно Солнца и свойствами атмосферы.
• Природные оболочки Земли взаимосвязаны и совместно формируют условия жизни.