§2. Сферы Земли

Определения и обозначения

Литосфера — твёрдая оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю часть мантии. Она образует материки и дно океанов, поэтому служит основой рельефа и местом обитания наземных организмов. От свойств горных пород зависит состав почвы и доступность минеральных веществ.

Гидросфера — водная оболочка Земли, объединяющая воды океанов, морей, рек, озёр, ледников, подземных вод и водяной пар. Вода встречается в жидком, твёрдом и газообразном состояниях. Она необходима клеткам организмов и переносит вещества между разными частями планеты.

Атмосфера — газовая оболочка Земли, окружающая планету и состоящая из смеси газов. В ней перемещаются воздушные массы, образуются облака и происходят погодные явления. Состав и свойства атмосферы определяют дыхание организмов, температуру поверхности и защиту от части опасных воздействий.

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и изменяемая их жизнедеятельностью. Это не только совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, но и области литосферы, гидросферы и атмосферы, где существует жизнь. Биосфера показывает, что живое постоянно связано с неживой природой.

Как это устроено

Землю образуют литосфера, гидросфера, атмосфера и биосфера, однако их границы нельзя считать полностью изолированными. Например, вода просачивается в горные породы, испаряется в атмосферу и возвращается осадками, а организмы живут сразу на границе нескольких оболочек. Поэтому правильнее представлять сферы как взаимосвязанные части единой природной системы, между которыми идёт обмен веществом и энергией.

Состав и свойства литосферы влияют на условия жизни, потому что горные породы определяют рельеф, удержание воды и наличие минеральных веществ. Корни растений разрушают породу механически, а выделяемые ими вещества ускоряют химическое выветривание. Остатки организмов смешиваются с минеральными частицами, поэтому постепенно формируется почва — слой, обеспечивающий растения водой, воздухом и питательными веществами.

Круговорот воды связывает все сферы Земли. Вода испаряется с океанов, почвы и растений, в атмосфере образует облака, а затем выпадает осадками и стекает по поверхности или просачивается в грунт. Организмы поглощают воду, используют её в обмене веществ и возвращают в окружающую среду при дыхании, выделении и испарении, поэтому движение воды затрагивает воздух, породы и живое вещество.

Атмосфера поддерживает жизнь благодаря своему составу и движению. Кислород нужен большинству организмов для дыхания, углекислый газ используют растения при фотосинтезе, а водяной пар участвует в образовании облаков и осадков. Атмосфера также распределяет тепло, смягчает перепады температуры и задерживает часть ультрафиолетового излучения и мелких космических тел.

Биосфера возникла как результат длительного взаимодействия живых организмов с неживыми оболочками. Организмы получают из воды, воздуха и горных пород вещества и энергию, а затем изменяют среду: растения выделяют кислород, корни участвуют в разрушении пород, микроорганизмы разлагают остатки. Поэтому состояние биосферы зависит от всех оболочек, а изменения живого компонента могут возвращаться к ним в виде новых последствий.

Сферы Земли и их значение для жизни

Таблица помогает сравнить оболочки по составу, процессам и роли в жизни. При ответе на вопрос сначала определите, о какой сфере говорится, затем найдите её связь с другими оболочками.

Разбор задач

Задача 1

Определите, какие сферы Земли взаимодействуют при образовании почвы под воздействием корней растений, воды и воздуха. Нужно распределить названные компоненты по оболочкам, а затем показать их совместное действие. Один объект может быть связан сразу с несколькими сферами.

1. Корни растений и сами растения относятся к биосфере.
2. Вода входит в гидросферу, воздух — в атмосферу, а горные породы и минеральные частицы — в литосферу.
3. Корни разрушают породу, вода растворяет и переносит вещества, а воздух обеспечивает газообмен организмов и почвенных обитателей.
4. Остатки организмов смешиваются с минеральными частицами, поэтому формируется почва.

Ответ: взаимодействуют все четыре сферы: литосфера, гидросфера, атмосфера и биосфера. Образование почвы невозможно объяснить действием только растений или только горных пород. Это результат совместного влияния живых организмов, воды, воздуха и минеральной основы.

Задача 2

Объясните, почему вырубка леса может повлиять не только на биосферу, но и на состав атмосферы и круговорот воды. Требуется проследить цепочку последствий изменения живого компонента. Для этого сравним роль леса в обмене газами и водой с ситуацией после его уничтожения.

1. Лес относится к биосфере, но растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, связывая биосферу с атмосферой.
2. После вырубки уменьшается количество растений, поэтому меняется интенсивность газообмена и снижается испарение воды листьями.
3. Меньше водяного пара поступает в атмосферу, меняются образование облаков и местные осадки.
4. Без корней вода быстрее стекает по поверхности, усиливает эрозию почвы и влияет на гидросферу и литосферу.

Ответ: вырубка сначала уменьшает живой компонент, а затем отражается на составе атмосферы, движении воды и состоянии почвы. Последствия связаны в цепочку через фотосинтез, испарение, сток и разрушение почвы. Поэтому лес выполняет одновременно биологическую, атмосферную и водорегулирующую роль.

Задача 3

Промышленные отходы попали в реку, затем в почву и организмы. Назовите затронутые сферы и возможные последствия. Важно установить не только место первого загрязнения, но и направления его дальнейшего распространения.

1. Река относится к гидросфере, поэтому первой загрязняется водная оболочка.
2. С течением воды вещества переносятся дальше и могут оседать на дне или поступать в почву, затрагивая литосферу.
3. Водные и почвенные организмы поглощают загрязнители, из-за чего страдает биосфера.
4. Загрязнение может нарушить питание, размножение и газообмен организмов, а опасные вещества — накапливаться в пищевых цепях.

Ответ: затронуты гидросфера, литосфера и биосфера; при испарении или распространении загрязнённых аэрозолей может подключиться атмосфера. Возможны гибель организмов, снижение качества воды и почвы, нарушение пищевых цепей. Масштаб последствий зависит от состава отходов, их количества и устойчивости в природе.

Типичные ошибки

Ошибка: считать сферы Земли полностью изолированными. Так думают, когда изучают оболочки по отдельности и забывают о круговоротах веществ. Проверка проста: для любого примера назовите, куда переходят вода, газы или минеральные вещества.

Ошибка: отождествлять гидросферу только с океаном. Так происходит из-за огромной площади океанов, но в состав гидросферы входят также лёд, подземные воды, реки, озёра и пар. Проверьте себя, перечислив три состояния воды и несколько её местонахождений.

Ошибка: считать биосферой только совокупность живых организмов. В таком случае забывают о среде обитания и изменениях, которые создают организмы. Чтобы избежать ошибки, укажите и живой компонент, и части других оболочек, где он существует.

Ошибка: путать атмосферу с воздухом. Воздух — смесь газов, составляющая атмосферу, а атмосфера включает также слои и процессы в них. Проверить ответ можно вопросом: упомянуты ли движение воздушных масс, облака, теплообмен и защита поверхности?

Связь с другими темами

До изучения темы нужно различать живую и неживую природу, знать уровни организации живого и основные компоненты экосистемы. Это помогает понять, почему организм нельзя рассматривать отдельно от воды, воздуха и почвы. Такие связи показывают переход от отдельных объектов к природной системе.

Дальше знания о сферах пригодятся при изучении экосистем, круговоротов веществ, экологических проблем и влияния человека на природу. Любое воздействие нужно оценивать по цепочке: что изменилось сначала и какие оболочки затронуты затем. Так проще объяснять последствия вырубки лесов, загрязнения и изменения климата.

География помогает понять строение Земли, размещение вод и особенности атмосферы. Химия объясняет состав воздуха, воды и почвы, а также превращения загрязняющих веществ. Биология связывает эти сведения с жизнедеятельностью организмов и устойчивостью экосистем.

Что запомнить

• Земля состоит из взаимосвязанных оболочек: литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы.
• Литосфера — твёрдая оболочка Земли.
• Гидросфера включает все воды планеты во всех агрегатных состояниях.
• Атмосфера — газовая оболочка Земли.
• Биосфера включает область распространения жизни и среду, изменяемую организмами.
• Изменение одной сферы может вызвать изменения в других сферах.
• Жизнь на Земле поддерживается взаимодействием живых организмов и неживых оболочек.