§ 44. Биосфера — глобальная экосистема. В. И. Вернадский — основоположник учения о биосфере. Структура биосферы

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразуемая их деятельностью. Это глобальная экосистема: слово «глобальная» означает, что связи между организмами и средой охватывают всю планету. Такое понятие помогает увидеть не только отдельные виды, но и общую систему, от которой зависит жизнь.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Вернадский рассматривал его как мощную преобразующую силу, потому что живые существа постоянно используют вещества среды и изменяют её состав. Это понятие помогает объяснить, почему жизнь влияет не только на другие организмы, но и на воздух, воду и горные породы.

Биогенное вещество — вещество, образованное организмами или их остатками. К нему относят, например, каменный уголь, возникший из древних растительных остатков, а также известняк и нефть. Название указывает на происхождение вещества и позволяет отличить результат деятельности жизни от пород, образовавшихся без неё.

Биокосное вещество — результат совместного воздействия организмов и неживой природы. Примером служит почва: её формируют горные породы, вода, воздух и остатки живых организмов. Это понятие нужно, чтобы учитывать вклад сразу двух сторон — живой и неживой — в образование природного объекта.

Как это устроено

Биосфера объединяет организмы и среду их обитания, потому что ни одна форма жизни не существует отдельно от условий вокруг неё. Растениям нужны вода, свет, углекислый газ и минеральные вещества, а животным — пища, вода и подходящая среда. При этом сами организмы меняют условия жизни: например, растения затеняют почву и влияют на влажность. Поэтому биосферу описывают как систему взаимосвязанных частей, а не просто перечень живых существ.

В. И. Вернадский сформулировал учение о биосфере и раскрыл значение живого вещества для планеты. До этого живые организмы часто рассматривали прежде всего как обитателей определённых мест, но Вернадский подчеркнул их активную роль. Организмы извлекают вещества из среды, перемещают их и возвращают в новых формах. Благодаря постоянной и массовой работе жизни меняются состав и свойства оболочек Земли.

Биосфера включает части атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, где существуют организмы. В атмосфере жизнь встречается главным образом в нижних слоях, а гидросфера заселена в разных глубинах, включая океан. В литосфере организмы проникают лишь в верхние слои, где сохраняются подходящие условия. Границы не означают, что вся эта территория одинаково удобна для жизни: распространение видов ограничивают температура, давление, вода и другие условия.

Организмы связаны с неживой природой обменом веществом и энергией. Растения поглощают воду, углекислый газ и минеральные вещества, а животные получают вещества с пищей; после отмирания остатки разлагаются и возвращают элементы в среду. Так поддерживаются круговороты: вещества переходят между организмами, воздухом, водой и почвой. Обмен энергией тоже связывает части системы, хотя энергия в конечном счёте рассеивается и для её поступления нужен внешний источник, прежде всего Солнце.

В биосфере различают живое, биогенное, косное и биокосное вещество по тому, как они образовались. Живое вещество — сами организмы, биогенное создаётся организмами или их остатками, а косное формируется без их участия. Биокосное вещество появляется там, где совместно действуют живые существа и неживые процессы. Такое деление помогает понять происхождение природных объектов и роль жизни в их формировании.

Основные виды вещества биосферы

Чтобы определить вид вещества, сначала спросите, участвуют ли в его образовании организмы. Если объект — сами организмы, это живое вещество; если он создан ими или их остатками, то биогенное. Если же важны совместные действия живого и неживого, перед вами биокосное вещество.

Разбор задач

Задача 1. Определите, к какой части биосферы относятся лесной мох, рыба в океане и бактерии в почве. Нужно соотнести каждый организм с оболочкой Земли, в которой он обитает. При этом речь идёт о месте жизни, а не о виде вещества, к которому относится сам организм.

1. Мох растёт на поверхности суши, которая относится к верхней части литосферы.
2. Рыба живёт в воде, а водная оболочка Земли называется гидросферой.
3. Бактерии из почвы находятся в верхней части литосферы; сама почва при этом является средой их обитания.

Ответ. Лесной мох и почвенные бактерии относятся к организмам верхней части литосферы, а рыба — к организмам гидросферы. Все они входят в живое вещество биосферы. Среда обитания организмов и сами организмы — связанные, но разные составляющие.

Задача 2. Классифицируйте известняк, гранит и почву как живое, биогенное, косное или биокосное вещество. Чтобы не ошибиться, нужно выяснить, участвовали ли организмы в создании каждого объекта и каким образом. Наличие организма в среде ещё не означает, что сама среда является живым веществом.

1. Известняк часто образуется из остатков организмов, поэтому в данном списке его относят к биогенному веществу.
2. Гранит формируется без участия организмов, значит, это косное вещество.
3. Почва возникает при совместном воздействии живых организмов, горных пород, воды и воздуха, поэтому она биокосная.

Ответ. Известняк — биогенное вещество, гранит — косное, почва — биокосное. Ни один из трёх объектов не является живым веществом, поскольку это не организмы. Для классификации важен способ образования объекта.

Задача 3. Объясните, почему уменьшение численности растений может повлиять на состав атмосферы, почвы и жизнь животных. Здесь нужно проследить не одну прямую связь, а несколько последствий изменения численности организмов. Растения входят в пищевые связи и обмен веществ между живой и неживой природой.

1. При сокращении растений слабее поглощается углекислый газ и выделяется кислород, поэтому может изменяться состав атмосферы.
2. Меньше растительных остатков поступает в почву, а корни слабее влияют на её структуру и удержание частиц.
3. У животных становится меньше пищи и укрытий, а вслед за ними могут измениться численность и других связанных организмов.

Ответ. Растения связывают атмосферу, почву и пищевые сети, поэтому их сокращение отзывается сразу в нескольких частях биосферы. Это пример того, как изменение одного компонента влияет на глобальную экосистему. Масштаб последствий зависит от того, какие именно растения и территории затронуты.

Типичные ошибки

Ошибка: считать биосферой только совокупность организмов. Так думают, если слово «биосфера» связывают только с жизнью, но забывают о средах обитания и преобразованных веществах. Проверка: перечислите живые организмы, воздух, воду и почву, с которыми они взаимодействуют. Биосфера включает связанные части этой системы, а не только её живую составляющую.

Ошибка: считать, что вся биосфера одинаково пригодна для жизни. Такое представление возникает, если воспринимать обозначенные границы как пространство с одинаковыми условиями. Проверьте себя вопросом, могут ли организмы жить на любой высоте в атмосфере или на любой глубине в породах. Условия и распространение жизни неодинаковы.

Ошибка: путать биогенное и биокосное вещество. Оба понятия связаны с организмами, поэтому их названия легко перепутать. Вспомните способ образования: биогенное создано организмами или их остатками, а биокосное возникает при совместном воздействии живой и неживой природы. Если в образовании участвуют обе стороны, например при создании почвы, это биокосное вещество.

Ошибка: сводить учение Вернадского к описанию мест обитания. Такое упрощение упускает главную мысль о влиянии организмов на планету. Проверьте себя: можете ли вы назвать, как живое вещество меняет среду и участвует в круговоротах? Если ответ ограничивается перечислением мест обитания, преобразующая роль жизни ещё не учтена.

Связь с другими темами

Для понимания биосферы нужны знания об оболочках Земли — атмосфере, гидросфере и литосфере, а также о различии живой и неживой природы. Тема опирается на понятия экосистемы, пищевых связей, обмена веществ и круговоротов: именно они показывают, как части биосферы зависят друг от друга. Позже эти знания помогут разбираться в экологии, природных круговоротах и последствиях влияния человека на окружающую среду.

Что запомнить

• Биосфера — глобальная экосистема Земли.
• В. И. Вернадский — основоположник учения о биосфере.
• Живое вещество включает все организмы планеты.
• Биосфера охватывает части атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.
• Живые организмы преобразуют среду и участвуют в круговоротах веществ.
• В биосфере различают живое, биогенное, косное и биокосное вещество.