Биосферный уровень

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразуемая их деятельностью. Она включает части атмосферы, гидросферы и литосферы, где условия подходят для жизни. Это понятие помогает рассматривать организмы и среду как связанные части единой оболочки.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Организмы различаются, но обмениваются веществами и энергией между собой и со средой. Поэтому живое вещество рассматривают как систему, совместная деятельность которой влияет на планету.

Биогенное вещество образуется в результате жизнедеятельности организмов или из их остатков. К нему относят торф, каменный уголь и известняк, сформированный в том числе из остатков организмов. Этот термин позволяет выделить вещества, появление которых связано с жизнью.

Биокосное вещество — результат взаимодействия живых организмов и неживой природы. Почва, например, складывается из минеральных частиц и органических остатков, изменённых организмами. В отличие от живого вещества это не сами организмы, а в отличие от биогенного — не только продукт их жизнедеятельности или остатков.

Как это устроено

Жизнь существует не во всех частях земных оболочек, потому что живым организмам нужны подходящие условия: вода, приемлемая температура, источники энергии и вещества для построения тела. В атмосфере жизнь встречается в её нижних слоях, куда попадают организмы и где возможны необходимые условия. Гидросфера пригодна для жизни почти целиком, а в литосфере организмы заселяют только верхние слои. Глубже условия становятся слишком суровыми или недоступными для большинства форм жизни.

Организмы не существуют отдельно от среды: они поглощают из неё воду, газы и минеральные вещества, а затем возвращают продукты обмена и тепло. Растения используют углекислый газ и воду для образования органических веществ, животные получают вещества с пищей, а разрушители разлагают остатки. Благодаря этому атомы перемещаются между организмами, воздухом, водой и почвой. Обмен связывает части биосферы, хотя сами организмы могут жить далеко друг от друга.

Деятельность организмов может создавать вещества, которые сохраняются очень долго. В болотах накапливаются растительные остатки и при недостатке кислорода постепенно образуют торф; при дальнейшем преобразовании древних залежей может возникнуть уголь. Известняк часто складывается из раковин и скелетов организмов, содержащих соединения кальция. Так жизнедеятельность и остатки организмов становятся частью горных пород и других компонентов биосферы.

Почва относится к биокосному веществу, потому что в её образовании участвуют сразу живые организмы и неживая основа. Горная порода разрушается под действием воды, воздуха и температурных изменений, а корни растений и микроорганизмы помогают её преобразовывать. Остатки организмов добавляют органические вещества, а животные перемешивают почвенные слои. В результате появляется природное образование, которое нельзя свести только к живому или только к неживому.

Живое вещество участвует в круговороте: организмы поглощают вещества из среды, включают их в свои тела, передают по цепям питания, а затем возвращают при выделении отходов и разложении остатков. Это помогает повторно использовать химические элементы и поддерживать условия, необходимые для жизни. Однако круговорот вещества не означает, что система получает энергию без источника: энергия в основном поступает от Солнца и постепенно рассеивается. Поэтому для большинства экосистем нужен постоянный приток солнечной энергии.

Виды вещества биосферы

Чтобы классифицировать объект, сначала спросите себя, является ли он организмом. Если нет, выясните, образовался ли он благодаря организмам или при совместном действии живой и неживой природы. Эта последовательность помогает не смешивать биогенное и биокосное вещества.

Разбор задач

Задача 1. Определите, к какому виду вещества биосферы относятся живые растения, каменный уголь и гранит.

1. Проверяем, является ли объект организмом: растения живые, значит, это живое вещество.
2. Уголь образовался из древних растительных остатков, поэтому его относят к биогенному веществу.
3. Гранит — горная порода, сформированная без участия организмов, следовательно, это косное вещество.

Ответ: растения — живое вещество, каменный уголь — биогенное, гранит — косное.

Задача 2. Объясните, почему почву относят к биокосному веществу, а торф — к биогенному.

1. Определяем, из чего складывается почва: в ней есть минеральные частицы, вода и воздух, а также органические вещества и организмы.
2. Поскольку почва формируется и меняется при совместном действии живых организмов и неживой среды, она биокосная.
3. Торф образуется из растительных остатков. Его появление связано прежде всего с деятельностью организмов и накоплением их остатков, поэтому это биогенное вещество.

Ответ: почва — биокосное вещество, торф — биогенное.

Задача 3. Проследите, как углерод из атмосферного углекислого газа может перейти в живое вещество, а затем оказаться в осадочной породе.

1. Растение поглощает углекислый газ из воздуха и использует содержащийся в нём углерод при образовании органических веществ.
2. Углерод становится частью живого вещества растения, а затем может перейти к животному, которое питается растением.
3. После гибели организмов их остатки могут накапливаться; при подходящих условиях часть вещества сохраняется и участвует в формировании осадочной породы.

Ответ: углерод проходит путь из атмосферы в организм, затем через остатки организмов может попасть в осадочную породу. Этот пример показывает, что вещества перемещаются между компонентами биосферы.

Типичные ошибки

Биосферу иногда считают только совокупностью организмов. Так думают, если обращают внимание лишь на живую природу, но забывают о среде обитания и преобразованном веществе. Проверка простая: в определении биосферы должны быть и жизнь, и оболочка Земли, где она существует и влияет на окружающее.

Биогенное и биокосное вещества часто путают из-за приставки «био». В первом случае вещество создано организмами или их остатками, во втором оно возникает при взаимодействии живого и неживого. Проверьте, описываете ли вы происхождение объекта: торф биогенный, а почва биокосная.

Ещё одна ошибка — приравнивать границы биосферы к границам атмосферы, гидросферы и литосферы целиком. Такое представление возникает, если забыть, что жизнь ограничена условиями среды. Чтобы проверить себя, назовите только те части оболочек, где возможна жизнь, а не всю толщу каждой из них.

Круговорот веществ иногда представляют замкнутым процессом без притока энергии. Путаница появляется потому, что вещества действительно многократно переходят из одной части биосферы в другую. Но энергия не возвращается в систему в том же виде: для большинства экосистем её главным источником служит Солнце, поэтому круговороту нужен постоянный энергетический приток.

Связь с другими темами

Для понимания биосферного уровня нужны знания об уровнях организации живой природы, признаках организмов и основных оболочках Земли. Эти представления помогают увидеть, почему отдельные организмы можно рассматривать как части более крупной системы. Тема связана и с изучением экосистем: в них заметны обмен веществ и передача энергии. Она также помогает объяснить круговороты веществ и оценивать, как деятельность человека меняет природные процессы.

Что запомнить

• Биосфера — оболочка Земли, где существует жизнь и проявляется её преобразующее влияние.
• Живое вещество образовано всеми организмами биосферы.
• Биогенное вещество возникает благодаря жизнедеятельности организмов и их остаткам.
• Биокосное вещество формируется при взаимодействии живого и неживого.
• Организмы участвуют в круговороте веществ в биосфере.
• Поток энергии через биосферу поддерживается главным образом солнечной энергией.