§ 21. Биосфера

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами и преобразуемая ими. Она включает не только сами организмы, но и части земных оболочек, где они живут. Это понятие помогает рассматривать жизнь и среду как связанную систему.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Питаясь, дыша, размножаясь и разлагая остатки, организмы перемещают и преобразуют вещества и энергию. Понятие показывает, как жизнь влияет на планету в целом.

Биогенное вещество — вещество, образованное организмами или из их остатков. Каменный уголь возник из древних растительных остатков, а многие известняки сформировались при участии организмов. По таким веществам можно судить о влиянии жизни на состав земной коры.

Биокосное вещество возникает благодаря совместному действию организмов и неживой природы. Почва образуется при участии живых организмов, воды, воздуха и выветривания горных пород. Этот термин подчёркивает, что результат нельзя объяснить только живыми или только неживыми процессами.

Как это устроено

Биосфера охватывает те части атмосферы, гидросферы и литосферы, где условия позволяют организмам жить и размножаться. Поэтому её границы проходят не по условным линиям, разделяющим земные оболочки, а там, где факторы среды становятся препятствием для жизни. Например, важны наличие воды, подходящая температура, доступность кислорода и света. Все три оболочки связаны с биосферой именно через возможность существования организмов.

В атмосфере жизнь встречается лишь в нижних слоях, а в литосфере — только в верхней части. С высотой температура и давление снижаются, доступной влаги и кислорода становится меньше, а воздействие излучения усиливается. В глубине земной коры, напротив, растут температура и давление, а воды и кислорода для большинства организмов недостаточно. Вода создаёт более непрерывную среду обитания, поэтому жизнь распространена во всей гидросфере, хотя глубина и условия влияют на состав организмов.

Живое вещество распределено по биосфере неравномерно, потому что условия среды различаются. Там, где есть достаточно воды, пищи, кислорода и подходящая температура, обычно может существовать больше организмов. В суровых или бедных ресурсами местах живых существ меньше, а обитают там виды, приспособленные к таким условиям. Поэтому состав живого вещества в разных местах тоже неодинаков.

Организмы связывают живую и неживую части биосферы, потому что берут вещества из среды и включают их в свои тела. Растения поглощают из почвы минеральные элементы, а животные получают их с пищей; после выделения отходов и разложения остатков элементы возвращаются в окружающую среду. Так вещества многократно перемещаются и преобразуются, участвуя в круговоротах. Энергия при этом тоже проходит через организмы, но в отличие от вещества не совершает круговорот в том же смысле: часть её рассеивается в виде тепла.

Вещества биосферы различают по происхождению: создано ли вещество организмами, возникло ли без их участия или появилось благодаря совместному воздействию живой и неживой природы. К первой группе относят живые организмы, ко второй — косные вещества, например минералы, образованные без участия жизни. Биогенные вещества связаны с организмами или их остатками, а биокосные возникают при взаимодействии организмов со средой. Такое разделение помогает понять, какие процессы сформировали конкретное вещество.

Вещества биосферы и их происхождение

Чтобы определить категорию, спросите себя, участвовали ли в образовании вещества организмы и было ли это воздействие совместным с неживыми процессами. Если перед вами сам организм, это живое вещество; если вещество создано жизнью или её остатками — биогенное. Почву относят к биокосному веществу, потому что она формируется при взаимодействии организмов, воды, воздуха и горных пород.

Разбор задач

Живые растения, торф и почва

Условие. Определите категорию веществ биосферы для живых растений, торфа и почвы. Для ответа нужно различать вещество, состоящее из организмов, и продукты их жизнедеятельности или взаимодействия со средой. Не следует относить всё, что связано с растениями, к одной категории.

1. Живые растения — сами организмы, поэтому это живое вещество.
2. Торф образуется из отмерших растительных остатков, значит, это биогенное вещество.
3. Почва формируется при совместном действии организмов и неживых факторов, поэтому она биокосная.

Ответ. Живые растения относятся к живому веществу, торф — к биогенному, почва — к биокосному. Решение основано на происхождении каждого объекта. Если бы речь шла о породе, образовавшейся без участия организмов, её отнесли бы к косному веществу.

Части земных оболочек в составе биосферы

Условие. Укажите, какие части атмосферы, гидросферы и литосферы входят в биосферу, и объясните различия границ. Нужно назвать не всю оболочку Земли целиком, а ту её часть, где условия позволяют существовать жизни. Затем следует связать пределы распространения организмов с факторами среды.

1. В атмосфере к биосфере относят нижние слои, а в литосфере — верхнюю часть земной коры.
2. Гидросфера входит в биосферу целиком, хотя на разных глубинах условия и состав организмов отличаются.
3. Границы ограничены температурой, доступностью воды, кислорода и света, а также давлением и излучением.

Ответ. Биосфера включает нижнюю часть атмосферы, верхние слои литосферы и всю гидросферу. Границы неодинаковы, потому что факторы, ограничивающие жизнь, действуют в каждой оболочке по-разному. Например, в глубине литосферы мешают высокая температура и давление, а в верхней атмосфере — недостаток влаги и кислорода.

Разложение остатков и почва

Условие. Микроорганизмы разлагают органические остатки, продукты разложения поступают в почву и используются растениями. Объясните, как этот процесс показывает связь живого вещества с круговоротом веществ. Проследите путь элементов, не предполагая, что они возникают из ничего.

1. Микроорганизмы участвуют в разложении остатков и преобразуют содержащиеся в них вещества.
2. Продукты разложения переходят в почву, то есть из живых организмов — в неживую часть среды.
3. Растения поглощают доступные элементы из почвы и включают их в своё тело, возвращая в живую часть биосферы.

Ответ. Пример показывает переход вещества от организмов к почве и обратно к организмам. Микроорганизмы не создают элементы заново, а преобразуют соединения и делают часть веществ доступной растениям. Так живое вещество участвует в круговороте, связывающем организмы и среду.

Типичные ошибки

Ошибка: считать биосферой только совокупность организмов. Так путают биосферу с живым веществом, потому что оба понятия связаны с жизнью. Но биосфера включает также среды обитания и вещества, преобразованные организмами. Проверка: спросите, входят ли в понятие вода, воздух, почва и породы, с которыми взаимодействует жизнь.

Ошибка: путать биогенное и биокосное вещество. В обоих случаях участвуют организмы, поэтому происхождение может казаться одинаковым. Биогенное вещество образовано организмами или их остатками, а биокосное возникает при совместном воздействии жизни и неживой природы. Проверка: выясните, достаточно ли деятельности организмов для образования вещества или необходимы также процессы среды.

Ошибка: считать границы биосферы одинаковыми по толщине во всех оболочках. Такое представление возникает, если изображать биосферу как ровный слой, не учитывая условия обитания. В атмосфере и литосфере жизнь ограничивают разные факторы, а гидросфера предоставляет организму среду на всём протяжении. Проверка: для каждой оболочки отдельно назовите условия, которые ограничивают жизнь.

Ошибка: думать, что круговорот создаёт вещества из ничего. Слово «круговорот» может создать впечатление, будто вещество появляется заново при каждом переходе. На самом деле организмы перемещают и преобразуют уже существующие вещества, а элементы сохраняются. Проверка: проследите путь элемента от среды к организму и обратно, не пропуская ни одного перехода.

Связь с другими темами

Для изучения биосферы нужны знания о земных оболочках и условиях среды: температуре, воде, свете и составе газов. Понятие живого вещества связывает темы клетки, организмов и экосистем с глобальными круговоротами, потому что показывает влияние жизни на планету в целом. Дальше эти представления пригодятся при изучении биогеохимических циклов, устойчивости экосистем и воздействия человека на природу. Так наблюдения за отдельными организмами помогают объяснять процессы, происходящие во всей биосфере.

Что запомнить

• Биосфера — оболочка Земли, населённая и преобразуемая организмами.
• Биосфера включает части атмосферы и литосферы и всю гидросферу.
• Границы биосферы определяются условиями, необходимыми для жизни.
• Совокупность всех организмов называют живым веществом.
• Биогенное вещество создаётся организмами или образуется из их остатков.
• Почва — пример биокосного вещества.
• Живые организмы участвуют в перемещении и преобразовании веществ в биосфере.