§ 45. Понятие биосферы. Границы биосферы

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и изменяемая их жизнедеятельностью. Это не отдельный слой с одинаковой толщиной повсюду: биосфера включает области, в которых организмы могут существовать. Понятие помогает рассматривать жизнь и среду как взаимосвязанные части планеты.

Границы биосферы — пределы распространения организмов в земных оболочках. Они зависят от того, сохраняются ли там необходимые условия, а не от заранее проведённых географических линий. Понимание этих границ позволяет объяснить, почему в одних областях жизнь обильна, а в других отсутствует.

Верхняя граница биосферы в атмосфере проходит приблизительно на высоте 15–20 км. Выше распространение организмов ограничивают низкая температура и давление, недостаток доступной воды и усиливающееся ультрафиолетовое излучение. Эта граница показывает, что наличие воздушной оболочки само по себе ещё не означает пригодность всей её толщи для жизни.

В гидросфере организмы встречаются практически на всём протяжении водной толщи, включая глубокие океанические впадины примерно до 11 км. В литосфере жизнь обнаруживается лишь в верхних слоях, обычно на глубине нескольких километров: дальше возрастают температура и давление, а условия становятся неблагоприятными. Сопоставление этих пределов помогает увидеть, как среда определяет распространение жизни.

Как это устроено

Биосфера охватывает части нескольких оболочек Земли, потому что организмы населяют не отдельный геологический слой, а разные среды. В атмосфере живые организмы встречаются в нижней части, в воде — почти во всей её толще, а в горных породах — в верхних слоях. Поэтому границу биосферы нельзя считать границей какой-либо одной оболочки. Живое вещество — совокупность всех организмов — также участвует в изменении среды, например влияет на состав воздуха, воды и почвы.

В атмосфере условия быстро меняются с высотой, поэтому её верхний предел для жизни намного ниже границы самой атмосферы. Давление и температура снижаются, вода становится менее доступной, а ультрафиолетовое излучение может повреждать живые клетки. Организмы способны временно переноситься воздушными потоками выше обычной области обитания, но это не означает, что там возможна постоянная жизнь. Именно совокупность ограничивающих факторов задаёт верхнюю границу биосферы.

Гидросфера заселена почти целиком, поскольку вода есть как у поверхности, так и в глубоководных районах. Даже на дне океанических впадин обнаруживаются организмы, приспособленные к темноте и очень высокому давлению. Значит, отсутствие солнечного света не всегда исключает жизнь: некоторые сообщества могут получать энергию не напрямую от Солнца. Вода и подходящие для отдельных видов условия позволяют жизни проникать в гидросфере особенно глубоко.

В литосфере распространение организмов ограничено сильнее, чем в воде. Чем глубже залегают горные породы, тем выше температура и давление, а доступность воды и питательных веществ может уменьшаться. Некоторые микроорганизмы приспособлены к таким условиям, поэтому жизнь обнаруживается на километровых глубинах, но она не заполняет всю толщу земной коры. Нижний предел определяется тем, где сочетание условий перестаёт поддерживать жизнедеятельность.

Границы жизни в разных оболочках не одинаковы: в атмосфере важны высота и излучение, в гидросфере — условия водной толщи, а в литосфере — температура, давление и доступность ресурсов. Поэтому нельзя сравнивать оболочки только по их общей толщине. Нужно выяснить, какие факторы ограничивают организмы в конкретной среде. Так становится понятно, почему гидросфера заселена почти целиком, а жизнь в воздухе и горных породах занимает лишь часть пространства.

Распространение жизни в оболочках Земли

Используйте таблицу, чтобы сопоставить область распространения жизни и факторы, которые её ограничивают. Указанные глубины и высоты приблизительны: условия и возможности разных организмов неодинаковы. Главное — сравнивать не оболочки целиком, а доступные для жизни части каждой из них.

Разбор задач

Задача 1. Укажите, какие части атмосферы, гидросферы и литосферы входят в биосферу.

Чтобы ответить, нужно соотнести каждую оболочку с областью, где встречаются организмы. Не следует включать в биосферу всю толщу каждой оболочки только потому, что на Земле есть жизнь. Сравним распространение организмов в воздухе, воде и горных породах.

1. В атмосфере жизнь встречается в нижних слоях, примерно до высоты 15–20 км.
2. В гидросфере организмы населяют практически всю толщу, вплоть до глубочайших впадин.
3. В литосфере жизнь обнаруживается в верхних слоях, обычно на глубине нескольких километров.

Ответ: в биосферу входят нижняя часть атмосферы, почти вся гидросфера и верхняя часть литосферы. Границы внутри каждой оболочки связаны с условиями, в которых могут жить организмы. Поэтому эти части не имеют одинаковой толщины.

Задача 2. Объясните, почему верхняя граница биосферы в атмосфере проходит ниже, чем граница атмосферы.

Атмосфера — воздушная оболочка планеты, а биосфера включает только области, подходящие для жизни. Значит, нужно найти факторы, которые мешают организмам существовать на больших высотах. Само наличие воздуха ещё не доказывает, что условия там благоприятны.

1. С высотой падают температура и давление, и организму становится труднее поддерживать жизненные процессы.
2. Доступной воды становится меньше, а интенсивное ультрафиолетовое излучение способно повреждать клетки.
3. В совокупности эти факторы ограничивают постоянное распространение жизни, хотя атмосфера продолжается выше.

Ответ: верхняя граница биосферы расположена ниже границы атмосферы, потому что верхние слои воздуха не обеспечивают подходящих условий для жизни. Отдельный организм может быть перенесён туда воздушным потоком, но случайное присутствие не равнозначно заселению среды.

Задача 3. Сравните условия на дне глубоководной впадины и в глубоких слоях литосферы и определите, где жизнь проникает глубже относительно поверхности оболочки.

Сначала важно уточнить, что сравниваются глубины внутри разных оболочек. На океанском дне сохраняется водная среда, хотя давление очень велико и света нет. В литосфере с глубиной усиливается нагрев, растёт давление, а доступность воды и ресурсов ограничена.

1. В гидросфере организмы находят практически до глубины около 11 км, в том числе в океанических впадинах.
2. В литосфере жизнь обычно обнаруживают на глубине нескольких километров, где уже действуют сильные ограничения.
3. Сопоставляем эти области: водная среда позволяет организмам распространяться глубже относительно поверхности своей оболочки.

Ответ: глубже жизнь проникает в гидросфере. Это связано с тем, что вода сохраняется в глубочайших впадинах и в ней существуют приспособленные организмы, тогда как в литосфере повышение температуры и давления быстрее создаёт неблагоприятные условия.

Типичные ошибки

Ошибка — считать биосферу отдельной сплошной оболочкой с чётким одинаковым слоем. Так думают, потому что слово оканчивается на «сфера», как названия других оболочек Земли. Проверьте себя: биосфера охватывает части атмосферы, гидросферы и литосферы, а не образует отдельный слой.

Неверно отождествлять границу биосферы с границей атмосферы, гидросферы или литосферы. Эти границы описывают разные вещи: пределы оболочки и пределы распространения организмов. Чтобы проверить ответ, спросите себя, говорится ли о всей оболочке или только о пригодной для жизни области.

Нельзя утверждать, что жизнь распространяется на любую высоту в атмосфере или на любую глубину в литосфере. Такая ошибка возникает, если забыть о температуре, давлении, воде и излучении. Проверяйте объяснение: в нём должны быть названы условия, ограничивающие организмы именно в рассматриваемой среде.

Ошибочно считать, что в гидросфере жизнь есть только у поверхности. Видимые растения и животные чаще встречаются на мелководье, поэтому глубинные сообщества легко упустить из виду. Проверьте себя: учитывайте организмы, приспособленные к темноте и высокому давлению, и помните, что гидросфера заселена практически целиком.

Связь с другими темами

Для понимания биосферы нужно различать атмосферу, гидросферу и литосферу и знать, как устроена Земля. Это позволяет верно определить, к какой оболочке относится среда обитания организма. Тема связана и с круговоротом веществ: организмы участвуют в перемещении веществ между оболочками. При изучении экосистем становится понятнее, как живые сообщества влияют на окружающую среду и как зависят от неё.

Что запомнить

• Биосфера — оболочка Земли, населённая организмами и преобразуемая их жизнедеятельностью.
• Биосфера включает части атмосферы, гидросферы и литосферы.
• В атмосфере жизнь распространяется лишь на ограниченную высоту.
• Гидросфера заселена практически целиком, включая большие глубины.
• В литосфере распространение жизни ограничено условиями на глубине.
• Границы биосферы определяются условиями, необходимыми для существования организмов.