§ 30. Биосферный уровень: общая характеристика. Учение В. И. Вернадского о биосфере

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, состав и свойства которой определяются деятельностью живых организмов. Она включает не только организмы, но и части воздуха, воды и земной коры, где жизнь существует или проявляется её влияние. Это понятие нужно, чтобы описывать связи жизни с планетой в целом, а не только отдельные места обитания.

Живое вещество — совокупность всех организмов планеты. Организмы поглощают, преобразуют и выделяют вещества, а также используют энергию и передают её по цепям питания. Понятие помогает увидеть общую роль жизни в изменении природной среды.

Биогенное вещество — вещество, образованное в результате жизнедеятельности организмов. К нему относят, например, уголь и известняк, формирующиеся из органических остатков или при участии организмов. Это понятие показывает, что деятельность жизни оставляет долговременный след в земной коре.

Биокосное вещество возникает при совместном воздействии живых организмов и неживой природы. Почва — пример такого вещества: она формируется при участии организмов, воды, воздуха и горных пород. Понятие помогает отличать результат взаимодействия компонентов природы от вещества, созданного преимущественно организмами.

Как это устроено

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. В воздухе жизнь ограничивают прежде всего недостаток влаги и резкие изменения условий с высотой, а в глубине земной коры — высокая температура и отсутствие доступной энергии. Вода пригодна для жизни на всей глубине океана, поэтому гидросфера включена в биосферу целиком. Границы определяются возможностью существования организмов и влиянием их деятельности.

Организмы не существуют изолированно: они получают из среды воду, газы и минеральные вещества, а возвращают продукты обмена и остатки. Энергия проходит через живые системы и в конечном счёте рассеивается, тогда как вещества многократно участвуют в круговоротах. Поэтому состояние организмов связано с состоянием окружающей среды. Совокупность таких связей позволяет рассматривать биосферу как целостную систему.

Вернадский различал вещества по происхождению. Живое вещество — сами организмы, биогенное появляется благодаря их жизнедеятельности, биокосное возникает при взаимодействии жизни с неживой природой, а косное формируется без решающего участия организмов. Например, организм относится к живому веществу, известняк — к биогенному, почва — к биокосному. К косным веществам относят минералы и горные породы, возникшие без участия живых организмов.

Живое вещество преобразует оболочки Земли, потому что организмы постоянно поглощают и выделяют вещества. Фотосинтезирующие организмы используют углекислый газ и выделяют кислород, тем самым меняя состав атмосферы. Остатки организмов накапливаются и при длительных геологических процессах могут образовывать осадочные породы, например известняк. Так жизнь становится участником круговоротов и формирования земной коры.

Учение Вернадского рассматривает жизнь как мощную геологическую силу, потому что множество организмов действует одновременно и на протяжении огромных промежутков времени. Даже небольшие изменения, повторяясь, могут привести к заметным преобразованиям атмосферы, воды и горных пород. Геологическая роль жизни не сводится к созданию отдельных объектов: она проявляется в постоянном обмене веществ между организмами и средой. Человек также входит в биосферу и способен ускорять или менять эти процессы.

Вещества биосферы в учении В. И. Вернадского

Чтобы определить тип вещества, сначала выясни, как оно возникло, а затем сопоставь происхождение с таблицей. Само присутствие организмов рядом с объектом ещё не делает его биогенным: для этого важна роль их жизнедеятельности в образовании вещества.

Разбор задач

Задача 1. Определите, к какому типу вещества биосферы относятся организмы, известняк и почва. В условии перечислены объекты разного происхождения, поэтому не следует относить их к одной категории только потому, что все они встречаются на Земле. Нужно применить определения типов вещества.

1. Организмы сами являются живыми существами, а не продуктом их жизнедеятельности. Значит, их относят к живому веществу.

2. Известняк часто образуется при накоплении остатков организмов или с участием организмов. Это вещество, созданное благодаря жизнедеятельности, поэтому в данном примере оно биогенное.

3. Почва формируется при совместном воздействии живых организмов и неживых компонентов: воды, воздуха и горных пород. Следовательно, она относится к биокосному веществу.

Ответ: организмы — живое вещество, известняк — биогенное, почва — биокосное.

Задача 2. Укажите, какие части атмосферы, гидросферы и литосферы входят в биосферу, и объясните ответ. Важно не считать, что границы биосферы совпадают с границами одной оболочки Земли. Сначала нужно соотнести каждую оболочку с условиями, необходимыми для жизни.

1. В атмосфере к биосфере относят нижнюю часть, где сохраняются условия для существования организмов и проявляется их влияние.

2. Гидросфера входит целиком, поскольку жизнь встречается в водах на разных глубинах и в различных водоёмах.

3. В литосфере включают только верхнюю часть: с глубиной температура возрастает, и условия становятся непригодными для большинства организмов.

Ответ: биосфера включает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы; границы связаны с возможностью существования жизни.

Задача 3. Объясните, как деятельность организмов могла повлиять на состав атмосферы и образование осадочных пород. Здесь нужно связать два результата с обменом веществ и накоплением органических остатков, а не просто перечислить их. Проследите причинную цепочку от деятельности организмов к изменениям оболочек Земли.

1. Фотосинтезирующие организмы поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Если такой обмен происходит в больших масштабах и долгое время, он меняет соотношение газов в атмосфере.

2. После гибели организмов их остатки могут накапливаться на дне водоёмов или в других местах. Постепенное уплотнение и преобразование таких отложений участвует в образовании осадочных пород.

3. Оба результата показывают геологическую роль живого вещества: организмы не только используют среду, но и изменяют её состав и строение.

Ответ: жизнедеятельность организмов меняет газовый состав атмосферы, а накопление и преобразование их остатков может приводить к образованию осадочных пород.

Типичные ошибки

Ошибка — считать биосферой только совокупность организмов. Так думают, потому что слово связано с жизнью, но биосфера включает также части неживой среды, преобразуемые жизнью. Проверь себя: если в определении нет воздуха, воды и части земной коры, оно описывает не всю биосферу.

Ошибка — путать биогенное и биокосное вещества. Их названия похожи, поэтому легко упустить разницу в происхождении: биогенное создаётся благодаря жизнедеятельности организмов, а биокосное формируется при совместном участии живой и неживой природы. Для проверки спроси себя, достаточно ли деятельности организмов или необходимы также неживые компоненты.

Ошибка — считать, что границы биосферы совпадают с границами одной географической оболочки. Такое представление возникает, если воспринимать атмосферу, гидросферу и литосферу как полностью отдельные области. Проверь ответ по каждой оболочке: в биосферу входят только определённые её части, кроме гидросферы, которая включена целиком.

Ошибка — сводить роль организмов к поддержанию собственной жизни. Организмы действительно получают ресурсы из среды, но одновременно изменяют её через обмен веществ и образование биогенных веществ. Чтобы проверить себя, назови хотя бы один пример влияния жизни на неживую природу: изменение состава атмосферы или участие в формировании пород.

Связь с другими темами

Для понимания биосферы нужны знания о клетках и организмах, а также о сообществах и экосистемах. Представление о круговороте веществ объясняет, как организмы связаны с неживой средой и почему их деятельность меняет состав оболочек Земли. Эти знания пригодятся при изучении глобальных экологических проблем и биогеохимических циклов. Они также помогают оценивать влияние человека на биосферу и последствия изменения природных процессов.

Что запомнить

• Биосфера — оболочка Земли, преобразуемая жизнью.
• Биосфера включает части атмосферы, гидросферы и литосферы.
• Живое вещество — совокупность всех организмов планеты.
• Биогенное вещество образуется благодаря жизнедеятельности организмов.
• Биокосное вещество возникает при взаимодействии живой и неживой природы.
• Вернадский рассматривал живое вещество как мощную геологическую силу.