§ 6. Биосфера — глобальная экосистема. Живое вещество биосферы

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, населённая организмами и преобразуемая их деятельностью. Это понятие включает не только сами организмы, но и части среды, в которой они живут. Оно помогает увидеть жизнь как планетарное явление, а не как набор отдельных существ.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы, рассматриваемая как единое целое по массе и свойствам. Иными словами, бактерии, растения, грибы и животные составляют живое вещество вместе. Это понятие нужно, чтобы оценивать общий вклад жизни в процессы на планете.

Биогенное вещество — вещество, созданное организмами или возникшее из их остатков в результате жизнедеятельности. Например, уголь образовался из древних растительных остатков. Такое название указывает на происхождение вещества и его связь с жизнью, даже если сейчас оно уже не живое.

Биокосное вещество образуется при совместном воздействии организмов и неживой природы. Почва, например, формируется при взаимодействии горных пород, воды, воздуха и живых организмов. Понятие помогает распознать объекты, в создании которых участвуют сразу живые и неживые компоненты.

Как это устроено

Биосфера занимает не всю толщу земных оболочек, а только те области, где сохраняются условия для жизни. В атмосфере организмы встречаются в нижних слоях, куда поступают вода и питательные частицы, а также где температура и давление позволяют им существовать. Гидросфера населена организмами от поверхности до значительных глубин, хотя жизнь распределена там неравномерно. В литосфере она ограничена главным образом верхними слоями, где доступны вода и вещества для питания; с глубиной условия становятся слишком суровыми.

Биосферу называют глобальной экосистемой, потому что её части не существуют изолированно. Организмы получают из среды воду, газы и минеральные вещества, а затем возвращают туда продукты обмена и остатки. Пища и другие ресурсы переходят от одних организмов к другим, а энергия поступает в экосистемы преимущественно от Солнца и передаётся по цепям питания. Поэтому изменения в одном месте могут отражаться на других компонентах системы.

Живое вещество участвует в круговороте: оно захватывает вещества из воздуха, воды и почвы, включает их в состав организмов, а после выделения отходов и разложения возвращает в среду. Растения, например, используют углекислый газ при создании органических веществ, а животные получают часть этих веществ с пищей. Разложители перерабатывают остатки организмов, возвращая элементы в почву и воду. Так вещества многократно переходят между живой и неживой природой.

Масса живого вещества мала по сравнению с массой Земли, но одной массы недостаточно, чтобы оценить его значение. Организмы постоянно обмениваются веществами с окружающей средой и способны менять их состав. На протяжении долгого времени такие процессы влияют на атмосферу, почвы и водоёмы. Значение жизни связано поэтому не только с тем, сколько организмов существует, но и с их активностью.

Живое вещество отличается способностью размножаться, благодаря чему организмы сохраняются и увеличивают численность. Их потомство и перенос организмов животными, ветром или водой помогают расселяться в подходящие места. В результате жизнь занимает разные области планеты, хотя её распространение ограничено условиями среды. Организмы также преобразуют окружение: растения изменяют состав воздуха и укрепляют почву корнями, а другие организмы участвуют в образовании и разложении органических веществ.

Виды вещества биосферы

Чтобы определить вид вещества, сначала выясните, что перед вами: организм или неживой объект. Затем оцените, участвовали ли организмы в его образовании и насколько непосредственно на него влияла неживая природа. Таблица показывает, что вещества биосферы различаются прежде всего происхождением.

Разбор задач

Задача 1. Определите, к какому виду вещества биосферы относятся живой дуб, уголь, почва и гранит. Здесь нужно не просто назвать предметы, а проследить, как они возникли. Важно отличать сам организм от вещества, образованного организмами или при их участии.

1. Живой дуб — организм, поэтому он относится к живому веществу.
2. Уголь сформировался из остатков древних растений, значит, это биогенное вещество.
3. Почва возникает при взаимодействии организмов с горными породами и другими компонентами неживой природы, поэтому она биокосная.
4. Гранит формируется без участия живых организмов и относится к косному веществу.

Ответ: дуб — живое вещество, уголь — биогенное, почва — биокосное, гранит — косное. Для проверки задайте каждому объекту вопрос о происхождении: живой ли он, создан ли организмами или возник ли без их участия. Так удаётся не спутать живой дуб с углём, который тоже связан с жизнью, но не является организмом.

Задача 2. Объясните, почему воздух и вода входят в биосферу лишь в тех частях, где существуют организмы. Нужно связать границы биосферы не с границами физических оболочек, а с распространением жизни. Воздух и вода сами по себе не являются организмами, но служат средой их обитания.

1. В биосферу включают области, где организмы живут и могут поддерживать жизненные процессы.
2. В воздухе жизнь встречается не повсюду: с высотой меняются давление, температура и доступность необходимых ресурсов.
3. В водоёмах условия тоже различаются по глубине и другим факторам, поэтому организмы заселяют только пригодные области.
4. Следовательно, биосфера охватывает населённые части воздуха и воды, а не всю атмосферу и гидросферу без исключения.

Ответ: границы биосферы определяются возможностью существования организмов. Воздух и вода входят в неё там, где жизнь действительно распространена, поскольку среда без организмов не становится частью биосферы только из-за принадлежности к атмосфере или гидросфере.

Задача 3. Проследите путь углерода от атмосферного углекислого газа через растение и животное к почве и атмосфере. В этой цепочке нужно показать переход углерода между неживой средой и организмами. Каждый этап связан с тем, как организмы получают или возвращают вещество.

1. Растение поглощает углекислый газ из воздуха и использует его при образовании органических веществ.
2. Животное получает углерод, питаясь растением или другим организмом, который питался растениями.
3. Отходы и остатки организмов попадают в почву, где разлагатели перерабатывают органическое вещество.
4. В ходе дыхания и разложения часть углерода возвращается в атмосферу в виде углекислого газа.

Ответ: углерод проходит путь «атмосфера — растение — животное — почва — атмосфера». Живое вещество связывает разные звенья этого круговорота, а разложение и дыхание возвращают углерод в неживую среду. Поэтому организмы не только используют вещества, но и обеспечивают их перемещение.

Типичные ошибки

Ошибка — считать биосферой только совокупность организмов. Такое упрощение возникает потому, что жизнь заметнее самой среды обитания, однако биосфера включает и области, где живут организмы, и связанные с жизнью вещества. Проверьте себя: если из определения исчезли вода, воздух, почва и взаимодействия с ними, оно описывает только живое вещество, а не биосферу.

Живое вещество часто путают с биогенным, поскольку оба термина связаны с организмами. Но первое — это сами живые организмы, а второе — результат их деятельности или их остатков. Чтобы проверить классификацию, спросите, существует ли объект как организм сейчас; уголь, например, не живой, хотя возник из древних растений.

Неверно утверждать, что биосфера занимает атмосферу, гидросферу и литосферу целиком. Так думают, смешивая географические оболочки Земли с областями распространения жизни, но организмы не заселяют каждую их часть. Для проверки нужно указать, где именно условия позволяют существовать жизни, и помнить, что у биосферы есть границы.

Значение живого вещества нельзя оценивать только по его массе. Такое впечатление возникает, если сравнивать объёмы, не учитывая постоянную активность организмов. Проверьте вывод вопросом: участвует ли жизнь в круговоротах и меняет ли окружающую среду? Даже небольшая масса живого вещества может оказывать большое влияние благодаря непрерывному обмену веществ.

Связь с другими темами

Для понимания биосферы пригодятся знания об уровнях организации живой природы, условиях существования организмов и экосистемах. Связь живых и неживых компонентов раскрывается через круговорот веществ и потоки энергии в экосистемах. Эти представления помогают объяснять, почему изменения отдельных видов или среды могут отражаться на более крупных системах. Позже они понадобятся при изучении глобальных экологических проблем и устойчивого развития.

Что запомнить

• Биосфера — глобальная экосистема Земли.
• Биосфера охватывает области атмосферы, гидросферы и литосферы, где существует жизнь.
• Живое вещество — совокупность всех организмов планеты.
• Живое вещество участвует в круговороте веществ и преобразовании оболочек Земли.
• Биогенное вещество возникает благодаря жизнедеятельности организмов или из их остатков.
• Биокосное вещество образуется при совместном воздействии живой и неживой природы.