§ 32. Основы учения о биосфере. Повторение

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразуемая их деятельностью. Она включает не всю планету, а только области, где условия позволяют существовать жизни. Такое определение помогает увидеть биосферу как систему взаимосвязанных частей земных оболочек.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Организмы различаются по строению и образу жизни, но вместе они участвуют в перемещении химических элементов и обмене веществ с окружающей средой. Поэтому живое вещество рассматривают как единую планетарную систему, а не просто как набор отдельных видов.

Биогенное вещество образуется в результате жизнедеятельности организмов или из их остатков. К примерам относят известняк, сформированный из скелетов организмов, и торф, возникающий при накоплении растительных остатков. В отличие от живого вещества, это уже не сами организмы, а созданный ими продукт.

Биокосное вещество возникает при совместном воздействии организмов и неживой природы. Так формируется почва: минеральные частицы разрушаются и смешиваются с водой, воздухом, корнями и продуктами разложения остатков. Понятие нужно, чтобы учитывать вклад обеих сторон, а не приписывать образование почвы только живым организмам.

Как это устроено

Биосфера охватывает части атмосферы, гидросферы и литосферы, в которых жизнь возможна. В атмосфере организмы встречаются в нижних слоях, в гидросфере жизнь обнаруживается в толще воды, а в литосфере — в её верхней части. Глубже или выше условия становятся неподходящими из-за недостатка воды, экстремальных температур, давления или других факторов. Поэтому границы биосферы проходят не по условной линии, а там, где заканчиваются пригодные для жизни условия.

Живое вещество связывает оболочки Земли, потому что организмы поглощают вещества из среды, перемещаются и передают элементы другим организмам. Растения, например, используют воду и минеральные соли из почвы, а углекислый газ — из атмосферы. Животные получают элементы с пищей, а выделения и остатки возвращают их в среду. Так вещества переходят между воздухом, водой, горными породами и организмами, а не остаются в одной оболочке.

Круговорот веществ — повторяющийся переход химических элементов из среды в организмы и обратно. Он поддерживает целостность биосферы, потому что элементы многократно используются живыми существами и становятся доступными новым поколениям организмов. Однако круговорот веществ не означает, что энергия тоже движется по замкнутой схеме. Энергия поступает преимущественно от Солнца, проходит через организмы и экосистемы, а затем рассеивается в виде тепла.

Происхождение вещества определяет, к какому типу его относят. Живое вещество представлено самими организмами, биогенное — продуктами их деятельности, косное — результатами процессов неживой природы, а биокосное образуется при совместном действии живого и неживого. Например, гранит формируется без участия организмов, тогда как почва создаётся при взаимодействии минеральной основы с организмами и их остатками. Такое деление помогает проследить, каким образом жизнь изменяет вещество планеты.

В. И. Вернадский рассматривал живое вещество как мощную планетарную силу: организмы влияют на состав среды и направляют перемещение элементов. Это влияние возникло и поддерживается множеством процессов, совершающихся во всём живом мире. Человек — часть живого вещества, но его технологии позволяют быстро и масштабно менять ландшафты, круговороты и состав окружающей среды. Поэтому изменения биосферы под влиянием человека могут затрагивать экосистемы далеко от места, где началась деятельность.

Вещества биосферы и их происхождение

Чтобы определить тип вещества, сначала выясни, из чего оно возникло: из самих организмов, благодаря их деятельности, без их участия или при совместном воздействии живого и неживого. Затем проверь, подходит ли этот способ образования к примерам в таблице. Для сложных объектов учитывай всю историю формирования, а не только их нынешний состав.

Разбор задач

Задача: определить, к какому типу вещества биосферы относятся живые бактерии, известняк и гранит. Здесь важно различить организмы, продукт их деятельности и вещество, образованное неживыми процессами. Решение строится по происхождению каждого объекта. Не следует определять тип только по тому, где объект найден.

1. Живые бактерии — это организмы, значит, они относятся к живому веществу.
2. Известняк часто образуется из скелетов и раковин организмов, поэтому его относят к биогенному веществу.
3. Гранит формируется в результате геологических процессов без участия организмов, значит, это косное вещество.

Ответ: бактерии — живое вещество, известняк — биогенное, гранит — косное. Для известняка решающим признаком служит его происхождение из остатков организмов, а не минеральный состав. Если бы рассматривался известняк иного происхождения, следовало бы уточнить способ его образования.

Задача: объяснить, почему почву относят к биокосному веществу, и назвать участвующие компоненты. Нужно проверить, участвуют ли в её возникновении только живые организмы или одновременно действуют живые и неживые факторы. Почва содержит минеральную основу и органические остатки, но одного перечня компонентов недостаточно: важно связать их образование и взаимодействие.

1. Разрушение горных пород создаёт минеральные частицы, а вода и воздух входят в состав почвы как компоненты неживой природы.
2. Корни растений, микроорганизмы и почвенные животные изменяют субстрат; остатки организмов разлагаются и обогащают его органическими веществами.
3. Поскольку почва возникает и изменяется благодаря совместному действию этих факторов, её относят к биокосному веществу.

Ответ: почва — биокосное вещество; в её формировании участвуют минеральные частицы, вода, воздух, растения, животные, микроорганизмы и органические остатки. Если исключить неживую основу или деятельность организмов, объяснение будет неполным. Именно взаимодействие компонентов отличает почву от чисто биогенного вещества.

Задача: проследить путь углерода от атмосферного углекислого газа через растение и животное обратно в окружающую среду. Нужно показать, как один и тот же химический элемент переходит между неживой средой и организмами. В цепочке важны и поглощение углерода, и его возвращение. Рассмотрим обычный путь через питание и дыхание.

1. Растение поглощает углекислый газ и использует углерод при образовании органических веществ.
2. Животное получает углерод, поедая растение или другие организмы, и включает его в состав своего тела.
3. При дыхании и разложении органических остатков углерод возвращается в окружающую среду, в том числе в атмосферу в составе углекислого газа.

Ответ: углерод проходит путь «атмосферный углекислый газ — растение — животное — окружающая среда». В реальной природе возможны и другие пути: часть углерода остаётся в остатках организмов или переходит в другие соединения. Пример показывает, как живое вещество участвует в круговороте элементов.

Типичные ошибки

Ошибка — считать биосферой всю Землю. Такое представление возникает, если смешать оболочку, где есть жизнь, с планетой целиком. Но жизнь распространена только в определённых частях атмосферы, гидросферы и литосферы. Проверь себя вопросом: могут ли организмы жить в любой точке Земли? Если нет, биосфера не равна всей планете.

Иногда живое вещество путают с биогенным, потому что оба понятия связаны с организмами. Различие в том, что первое — сами организмы, а второе — вещество, созданное ими или возникшее из их остатков. Проверь, рассматриваешь ли ты живое тело или продукт его деятельности. Так бактерию не перепутаешь с известняком, возникшим из остатков организмов.

Почву ошибочно называют веществом, созданным только организмами. Причина — заметная роль корней, микроорганизмов и разлагающихся остатков. Однако без минеральных частиц, воды, воздуха и других факторов неживой природы почва не сформировалась бы. Проверка проста: перечисли обе группы участников; если указана лишь одна, объяснение неполно.

Круговорот веществ иногда представляют как замкнутый круг без затрат энергии. Путают повторное использование химических элементов с движением энергии, которая не возвращается в исходную точку, а рассеивается. Вещества переходят между организмами и средой многократно, тогда как энергия поступает преимущественно от Солнца. Проверяй, не описываешь ли ты энергию как бесконечно циркулирующую без внешнего источника.

Связь с другими темами

Для понимания биосферы пригодятся знания о строении оболочек Земли: они помогают определить, где возможна жизнь. Уровни организации живого показывают, как отдельные организмы входят в более крупные системы. Основы обмена веществ и энергии объясняют, за счёт каких процессов организмы получают вещества и передают их среде.

Представления о круговоротах понадобятся при изучении экосистем, потому что в экосистеме вещества переходят между организмами и неживыми компонентами. Они также помогают разбирать глобальные экологические проблемы: изменение одного звена может затронуть другие процессы биосферы. При обсуждении устойчивого развития важно учитывать, как хозяйственная деятельность влияет на природные круговороты и условия жизни.

Что запомнить

• Биосфера охватывает части Земли, в которых существует жизнь.
• Живое вещество — совокупность всех организмов планеты.
• Живые организмы преобразуют вещества и связывают оболочки Земли.
• Биогенное вещество образуется благодаря жизнедеятельности организмов.
• Биокосное вещество формируется при взаимодействии живой и неживой природы.
• Круговороты веществ поддерживают целостность биосферы.