Учение В.И.Вернадского о биосфере

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, населённая организмами и преобразуемая их деятельностью. Она включает места распространения жизни и связанную с ней среду, поэтому биосфера не равна простой совокупности всех живых существ. Это понятие помогает рассматривать живую и неживую природу как взаимодействующую систему.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Вернадский считал его мощной геологической силой, потому что множество организмов непрерывно перемещает и перерабатывает вещества. Это позволяет объяснить изменения, которые жизнь вызывает не только рядом с отдельным организмом, но и в масштабах планеты.

Биогенное вещество — вещество, образованное организмами или возникшее из их остатков. К характерным примерам относятся уголь, торф и известняк, сформированный из скелетов и раковин организмов. Знание происхождения вещества помогает понять, как деятельность жизни сохраняется в составе пород.

Биокосное вещество возникает при совместном действии организмов и неживых процессов; пример — почва. Оно отличается от биогенного, созданного организмами или их остатками, и от косного, формирующегося без участия жизни. Такое различение показывает, что природные объекты могут складываться благодаря взаимодействию живой и неживой частей природы.

Как это устроено

Границы биосферы задаются не условными линиями, а возможностью организмов жить и размножаться. В атмосфере жизнь встречается лишь в её нижней части, где сохраняются подходящие температура, давление и состав среды; в гидросфере она распространена во всей толще воды. В литосфере организмы проникают только в верхние слои, поскольку с глубиной условия становятся непригодными для жизни. Поэтому биосфера охватывает части нескольких оболочек Земли, но не всю планету.

Вернадский различал вещества по тому, как они возникли. Живое вещество — сами организмы, биогенное создаётся жизнью или из её остатков, а косное формируется без участия организмов, например при остывании магмы. Биокосное вещество появляется там, где совместно действуют живые существа и неживые процессы: так формируется почва. Разделение по происхождению помогает не путать организм, продукт его деятельности и результат взаимодействия разных природных факторов.

Отдельный организм влияет на небольшую область, но деятельность всех организмов складывается в планетарный эффект. Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а микроорганизмы разлагают остатки и участвуют в образовании минералов. За длительное время такие процессы меняют состав атмосферы и почвы, а накопление остатков организмов приводит к появлению осадочных пород и топлива. Поэтому живое вещество Вернадский называл геологической силой: оно участвует в преобразовании оболочек Земли.

Организмы обеспечивают круговорот веществ, используя элементы среды для построения своих тел и возвращая их обратно при дыхании, выделении и разложении. Растения поглощают вещества из воздуха и почвы, животные получают их с пищей, а разрушители разлагают остатки и возвращают элементы в почву, воду и атмосферу. В результате химические элементы перемещаются между организмами и неживой средой, а не исчезают после использования. Такие связи поддерживают обмен веществ между частями биосферы.

Вернадский связывал развитие биосферы с постепенным усилением воздействия человека. Научные знания и техника позволяют людям менять ландшафты, использовать ресурсы и влиять на потоки вещества в природе. Понятие ноосферы обозначает этап, когда разумная деятельность становится существенной силой преобразования биосферы. Это не означает, что человек перестаёт зависеть от природных условий: напротив, масштаб воздействия делает особенно важным понимание его последствий.

Вещества биосферы по происхождению и роли

Чтобы определить тип вещества, сначала выясните, что именно перед вами: организм, продукт его жизнедеятельности или результат взаимодействия разных факторов. Затем сопоставьте происхождение объекта с таблицей. Например, почву нельзя отнести только к биогенному веществу: в её образовании участвуют и организмы, и неживые процессы.

Разбор задач

Задача 1. Определите, к какому типу вещества биосферы относятся останки древних организмов, известняк и почва. Для решения важно учитывать происхождение каждого объекта, а не только то, где его можно найти. Известняк может образовываться из накопившихся раковин и скелетов, а почва складывается под действием нескольких природных факторов.

1. Останки древних организмов возникли из живых существ, поэтому относим их к биогенному веществу.
2. Если известняк образован из раковин и скелетов, его происхождение также биогенное.
3. Почва формируется при совместном участии организмов и неживых процессов, значит, она биокосная.

Ответ: останки древних организмов и известняк биогенные, почва биокосная. При этом классификация известняка зависит от способа его образования: здесь рассматривается вариант, связанный с остатками организмов.

Задача 2. Объясните, почему деятельность растений и микроорганизмов может изменять состав атмосферы и горных пород. Нужно связать процессы жизнедеятельности с результатами, которые накапливаются во внешней среде. Отдельный организм создаёт небольшой эффект, но деятельность множества организмов повторяется непрерывно.

1. Растения поглощают углекислый газ и при фотосинтезе выделяют кислород, изменяя соотношение газов в воздухе.
2. Микроорганизмы разлагают остатки и участвуют в превращениях веществ, поэтому элементы возвращаются в почву, воду и атмосферу.
3. При накоплении и преобразовании органических остатков возникают биогенные отложения, которые со временем могут стать частью горных пород.

Ответ: организмы меняют состав воздуха и участвуют в формировании пород благодаря поглощению, выделению, разложению и накоплению веществ. Масштаб этих процессов делает живое вещество геологической силой.

Задача 3. Проследите, как углерод из атмосферы может перейти в организм, затем в осадочную породу и снова вернуться в окружающую среду. Постройте последовательность, отмечая, в какой момент углерод входит в состав живого организма и когда становится частью неживой природы. Важно показать, что вещество не пропадает, а переходит между оболочками и формами.

1. Растение поглощает углекислый газ из атмосферы и включает углерод в органические вещества.
2. После гибели организма его остатки могут накапливаться и захораниваться в осадках.
3. Со временем из таких отложений формируется порода; при её разрушении или преобразовании углерод возвращается в воду, почву или атмосферу.

Ответ: углерод проходит путь «атмосфера — организм — осадочная порода — окружающая среда». Этот пример показывает круговорот вещества и связь живого с неживым.

Типичные ошибки

Ошибка — считать биосферой только совокупность организмов. Так думают, потому что слово связано с жизнью, но биосфера включает также среду обитания, преобразованную жизнедеятельностью. Проверьте себя: если в определении есть только организмы и не упомянуты части оболочек Земли, оно неполное.

Биогенное и биокосное вещество иногда смешивают, потому что оба понятия связаны с живыми организмами. Биогенное образовано организмами или из их остатков, а биокосное возникает при совместном действии живого и неживого. Чтобы проверить классификацию, спросите, достаточно ли для образования объекта деятельности организмов или необходимы также неживые процессы.

Неверно считать, что живое вещество влияет на природу только локально. Такое впечатление возникает, если судить по воздействию одного растения или микроорганизма, не учитывая совокупность организмов и длительность процессов. Проверьте себя: подумайте, как фотосинтез, разложение и накопление остатков меняют оболочки Земли в планетарном масштабе.

Биосфера не охватывает всю Землю, хотя жизнь встречается в разных оболочках. Ошибку допускают, перенося её границы на атмосферу, гидросферу и литосферу целиком. Для проверки вспомните, что жизнь распространена в нижней части атмосферы, во всей гидросфере и лишь в верхней части литосферы.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания об уровнях организации жизни, обмене веществ и оболочках Земли. Дальше эти представления пригодятся при изучении круговоротов веществ, экосистем, глобальных экологических проблем и влияния человека на природу. Связь с географией помогает увидеть взаимодействие атмосферы, гидросферы и литосферы, а химия объясняет перемещение элементов между ними. Так биосфера объединяет биологические процессы с природными процессами планеты.

Что запомнить

• Биосфера — оболочка Земли, в которой существует жизнь.
• Живое вещество включает все организмы планеты.
• Вернадский рассматривал живое вещество как геологическую силу.
• Биогенное вещество создаётся организмами или из их остатков.
• Биокосное вещество образуется при совместном действии живого и неживого.
• Живые организмы участвуют в круговороте веществ и преобразовании оболочек Земли.
• Ноосфера связана с возрастающим преобразующим влиянием разумной деятельности человека.