46. Структура биосферы

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и изменённая их жизнедеятельностью. Это не вся планета, а только области, где сохраняются условия для жизни. Понятие помогает рассматривать организмы и среду как связанную систему.

Живое вещество — совокупность всех живых организмов биосферы. В него входят растения, животные, грибы, бактерии и другие организмы. Такое обозначение нужно, чтобы оценивать общее влияние жизни на планету.

Биогенное вещество — вещество, образованное и преобразованное живыми организмами. К нему относят, например, каменный уголь, нефть и многие известняки. Термин показывает, что деятельность организмов может сохранять результат даже после их гибели.

Биоинертное вещество — результат совместного действия живых организмов и неживых природных процессов. Почва формируется именно так: в ней соединяются минеральные частицы, вода, воздух и деятельность организмов. Понятие подчёркивает неразрывность живой и неживой природы.

Как это устроено

Биосфера занимает не всю Землю, потому что жизнь возможна только при определённом сочетании воды, подходящей температуры, давления и доступных веществ. Большинству организмов необходимы также источники энергии и защита от слишком сильного излучения. За пределами этих условий обмен веществ и размножение становятся невозможными.

В атмосфере биосфера простирается вверх примерно до 20–25 км, но основная масса организмов находится у поверхности Земли. С высотой уменьшаются давление и температура, становится меньше кислорода и жидкой воды, усиливается действие излучения. Поэтому верхняя граница жизни проходит намного ниже границы всей атмосферы.

Гидросфера заселена почти целиком: организмы встречаются от поверхностных вод до самых глубоких океанических впадин. Вода смягчает перепады температуры и защищает от части излучения, а её движение переносит вещества и кислород. Ограничителями на больших глубинах становятся давление, холод и недостаток света, но некоторые организмы приспособлены к таким условиям.

В литосфере жизнь распространяется в основном на верхние 2–3 км, где сохраняются вода, поры и доступные вещества. С глубиной повышаются температура и давление, а пространства для передвижения и обмена веществ становится меньше. Поэтому граница биосферы в породах определяется не краем всей литосферы, а возможностью существования организмов.

Биосфера состоит из живого, биогенного, биоинертного и косного веществ. Организмы поглощают одни вещества, выделяют другие, создают органические остатки и участвуют в разрушении пород. Круговороты веществ возвращают элементы из воздуха, воды и почвы в организмы и обратно, связывая все компоненты в единую систему.

Основные компоненты биосферы

При работе с таблицей сначала определите происхождение вещества, а затем выясните, участвовали ли в нём организмы. Если вещество создано жизнью главным образом, оно биогенное; если результат получен совместно с неживыми процессами, оно биоинертное. Косное вещество не связано с жизнедеятельностью, а живое вещество представлено самими организмами.

Разбор задач

1. Распределите по группам вещества биосферы: растения, каменный уголь, почва, гранит.

Нужно определить не только внешний вид вещества, но и его происхождение. Растения являются организмами, а остальные объекты возникли или изменились по-разному. Сравним каждый пример с признаками четырёх групп.

1. Растения — это совокупность живых организмов, значит, они относятся к живому веществу.
2. Каменный уголь образовался из древних растительных остатков под действием давления и температуры, поэтому его относят к биогенному веществу.
3. Почва создаётся организмами и неживыми процессами, значит, она биоинертная, а гранит сформировался без участия жизни и является косным веществом.

Ответ: растения — живое вещество; каменный уголь — биогенное; почва — биоинертное; гранит — косное. Проверка основана на происхождении каждого объекта, а не на том, находится ли он сейчас рядом с живыми организмами.

2. Укажите, какие части атмосферы, гидросферы и литосферы входят в состав биосферы, и объясните различия их границ.

Нужно найти части оболочек, где есть пригодные для жизни условия. Учитываем воду, кислород, свет, температуру и давление, но помним, что разные организмы выдерживают неодинаковые условия. Поэтому границы будут не одинаковыми для всех оболочек.

1. В атмосфере берём нижнюю часть до высоты примерно 20–25 км: выше резко ухудшаются давление, температура и защита от излучения.
2. В гидросфере учитываем почти весь объём воды, включая глубоководные области, потому что вода поддерживает обмен веществ и смягчает условия.
3. В литосфере выделяем верхние 2–3 км, где ещё могут сохраняться вода, поры и приемлемая температура.

Ответ: биосфера включает нижнюю атмосферу, практически всю гидросферу и верхнюю литосферу. Различия связаны с тем, как меняются условия жизни с высотой, глубиной и давлением.

3. Объясните, как вырубка леса может изменить состав почвы, круговорот воды и содержание углекислого газа в атмосфере.

Рассмотрим лес как часть живого вещества, которое постоянно связывает воду, углерод и минеральные вещества. После вырубки меняются и организмы, и физические свойства поверхности. Значит, последствия нужно проследить сразу для нескольких компонентов биосферы.

1. Без деревьев уменьшается поступление опада и корневых остатков, поэтому почва теряет часть органического вещества и легче разрушается.
2. Снижается испарение воды растениями, ослабевает задержание осадков кронами, усиливаются поверхностный сток и вымывание почвы.
3. Поглощение углекислого газа сокращается, а разложение древесины и сжигание леса могут дополнительно увеличить его содержание в атмосфере.

Ответ: вырубка обедняет почву, нарушает движение воды и обычно способствует росту количества углекислого газа в воздухе. Это пример того, как изменение живого вещества отражается на неживых компонентах биосферы.

Типичные ошибки

Считать биосферой всю планету. Ошибка возникает из-за смешения понятия оболочки Земли с Землёй целиком. Проверяйте, есть ли в названной области условия для существования организмов.

Путать биосферу с совокупностью живых организмов. В биосферу входят также вещества, созданные или изменённые жизнью. Если в ответе нет почвы, природных вод и других компонентов среды, определение неполное.

Считать биогенное и биоинертное вещество одним и тем же. Биогенное вещество формируется преимущественно организмами, а биоинертное — живой и неживой природой вместе. Для проверки спросите себя, какая из двух сил была необходима для образования объекта.

Называть верхнюю границу биосферы границей атмосферы. Атмосфера простирается гораздо выше области, где возможна жизнь. Сверяйте границу не с размером оболочки, а с давлением, температурой, водой и защитой от излучения.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания об уровнях организации живой природы, условиях существования организмов и основных оболочках Земли. Они помогают объяснить, почему жизнь распределена неравномерно и почему границы биосферы имеют разные размеры.

Позже эти знания пригодятся при изучении экосистем, круговоротов веществ, глобальных экологических проблем и учения В. И. Вернадского о биосфере. Через понятие биосферы отдельные организмы связываются с процессами планетарного масштаба.

Что запомнить

• Биосфера — оболочка Земли, существование которой связано с жизнью.
• Живое вещество образовано совокупностью всех организмов.
• Биосфера включает части атмосферы, гидросферы и литосферы.
• Границы биосферы определяются возможностью существования живых организмов.
• Живые организмы изменяют состав и свойства окружающей среды.
• В биосфере постоянно происходят круговороты веществ и энергии.