§ 51. Биосфера и основные типы экосистем

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами. Она включает пригодные для жизни части атмосферы, гидросферы и литосферы, а живое вещество изменяет состав среды и поддерживает круговороты веществ. Это понятие нужно, чтобы рассматривать жизнь не изолированно, а как планетарную систему.

Экосистема — сообщество организмов вместе с окружающей их неживой средой, связанные обменом веществ и энергии. В неё входят растения, животные, грибы, микроорганизмы, вода, воздух, почва, свет и температура. Понятие помогает увидеть не перечень видов, а работающие связи между всеми компонентами.

Биогеоценоз — природная экосистема на относительно однородном участке территории. Например, лесной биогеоценоз включает определённое сообщество и конкретные почву, рельеф, воду и микроклимат. Термин уже, чем «экосистема»: экосистемой может быть и аквариум, и мировой океан.

Биом — крупная природная область с характерными климатом, растительностью и животным миром. К биомам относят, например, тундру, тайгу, степи и тропические леса. Это понятие используют для сравнения больших территорий, где сходные условия формируют похожий облик природы.

Как это устроено

Биосфера охватывает нижние слои атмосферы, почти всю гидросферу и верхнюю часть литосферы, потому что именно там есть вода, подходящая температура и источники энергии. В атмосфере жизнь ограничена высотой, в океане — глубиной, а в литосфере — глубиной проникновения воды, кислорода и организмов. Границы биосферы переходные, а не абсолютно резкие: число видов и активность жизни постепенно уменьшаются.

Организмы не только приспосабливаются к среде, но и меняют её. Растения выделяют кислород и поглощают углекислый газ, корни разрушают породу, а микроорганизмы возвращают в почву минеральные вещества. Поэтому биосферу можно рассматривать как глобальную экосистему, где связаны все живые сообщества и крупные круговороты веществ.

В экосистеме организмы связаны между собой пищевыми цепями: производители создают органическое вещество, потребители получают его с пищей, а разрушители разлагают остатки. Через эти связи вещества переходят от одного организма к другому и возвращаются в среду, то есть совершают круговорот. Энергия в основном поступает от Солнца, передаётся по трофическим уровням и постепенно рассеивается в виде тепла, поэтому её поток направленный.

Наземные и водные экосистемы различаются плотностью среды, доступностью света, газов и минеральных веществ. На суше облик сообщества особенно зависит от температуры, осадков и почвы, а в воде — от глубины, освещённости, кислорода и солёности. Крупные экосистемы суши образуют биомы, тогда как водные сообщества заметно меняются с глубиной, расстоянием от берега и составом воды.

Основные типы экосистем и условия жизни в них

Сначала определите тип экосистемы, затем найдите ведущие абиотические факторы и производителей. После этого по освещённости, влаге, глубине или солёности можно объяснить, где именно располагаются организмы и почему продуктивность ограничена.

Таблица показывает общую закономерность, а не строгий список для каждого объекта. Например, в мелком озере и глубоком океане значение света и кислорода будет различным.

Разбор задач

Компоненты лесной экосистемы

Условие. Определите, какие компоненты входят в экосистему леса: деревья, грибы, почва, солнечный свет, насекомые. Нужно не просто перечислить объекты, а разделить их по отношению к живой и неживой природе.

1. Деревья, грибы и насекомые являются живыми компонентами, то есть биотической частью системы.
2. Почва и солнечный свет относятся к абиотической среде, хотя почва содержит и живые организмы.
3. Связь компонентов проявляется в том, что деревья используют свет и вещества почвы, насекомые питаются растениями, а грибы разлагают органические остатки.

Ответ. В состав входят все названные компоненты. Живые — деревья, грибы и насекомые; неживые — солнечный свет и почва, а экосистему образует их взаимодействие.

Сравнение озера и леса

Условие. Сравните озеро и лес по условиям среды и назовите по два фактора, влияющих на распространение организмов в каждом. Сравнивать нужно не отдельные виды, а среду, которая создаёт ограничения для сообщества.

1. Лес — наземная система, где организмы существуют в воздухе и почве; для неё можно выбрать температуру и влажность.
2. Озеро — водная система, в которой условия меняются с глубиной; подходящими факторами будут освещённость и содержание кислорода.
3. Свяжите фактор с результатом: холод и сухость ограничивают лесные виды, а нехватка света или кислорода — обитателей глубоких слоёв озера.

Ответ. Для леса важны температура и влажность, для озера — освещённость и содержание кислорода. Эти факторы определяют, какие организмы смогут жить в соответствующих участках.

Пищевая цепь в водоёме

Условие. В цепи «водоросли → зоопланктон → мелкая рыба → хищная рыба» объясните связь организмов с круговоротом веществ и потоком энергии. Стрелка показывает, кто служит пищей следующему звену.

1. Водоросли используют свет, воду и минеральные вещества и создают органическое вещество.
2. Зоопланктон, мелкая и хищная рыба получают вещество и энергию через питание на последующих трофических уровнях.
3. После отмирания организмов разрушители возвращают минеральные вещества в воду, поэтому вещество включается в круговорот.
4. Энергия передаётся от Солнца к водорослям и далее по цепи, но на каждом уровне частично рассеивается как тепло.

Ответ. Цепь связывает организмы переносом вещества и энергии. Вещества возвращаются в среду и используются снова, а энергия движется в одном направлении и постепенно теряется.

Типичные ошибки

Ошибка: считать биосферу только совокупностью организмов. Так ошибаются, когда сосредотачиваются на слове «жизнь» и забывают о среде. Проверьте себя: назовите части атмосферы, гидросферы и литосферы, входящие в биосферу.

Ошибка: сводить экосистему к перечню видов. Такой список не показывает, чем питаются организмы и какие условия поддерживают их жизнь. Проверка проста: добавьте абиотические факторы, пищевые связи, круговорот веществ и поток энергии.

Ошибка: считать «экосистему» и «биогеоценоз» полностью равнозначными. Путаница возникает из-за сходного состава компонентов, но биогеоценоз всегда связан с конкретным природным участком. Спросите себя, указан ли определённый однородный участок территории.

Ошибка: полагать, что экосистемы различаются только набором видов. Организмы зависят от климата, глубины, света, воды, почвы и других условий, которые определяют облик и продуктивность сообщества. Для проверки назовите хотя бы два абиотических фактора выбранной экосистемы.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении оболочек Земли, условиях среды обитания и различиях между живой и неживой природой. Они помогают определить границы биосферы и состав экосистем.

Тема непосредственно связана с пищевыми цепями, трофическими уровнями и круговоротом веществ. Эти понятия объясняют взаимодействие организмов и движение энергии в сообществе.

Далее знания понадобятся при изучении устойчивости экосистем, влияния человека на биосферу и охраны природы. Изменение одного компонента может нарушить связи всей системы.

Что запомнить

• Биосфера — глобальная оболочка Земли, населённая живыми организмами.
• Экосистема объединяет живые организмы и их неживую среду.
• Компоненты экосистемы связаны обменом веществ и потоком энергии.
• Биогеоценоз — природная экосистема на относительно однородном участке.
• Наземные и водные экосистемы различаются условиями среды и составом сообществ.
• Крупные природные области — биомы — различаются климатом и характерными сообществами.