§ 7. Биосфера. Абиотические компоненты биосферы

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразуемая их жизнедеятельностью. Иными словами, это область, где живое и неживое постоянно взаимодействуют. Понятие помогает рассматривать организмы не отдельно, а вместе со средой, которую они населяют и изменяют.

Абиотические компоненты биосферы — неживые элементы среды, обеспечивающие существование организмов. К ним относятся, например, вода, воздух, горные породы, свет и температура. Это понятие нужно, чтобы отличать условия среды от живых организмов и понимать, какие факторы влияют на их жизнедеятельность.

Границы биосферы — пределы распространения жизни в атмосфере, гидросфере и литосфере. Это не границы самих оболочек Земли: живые организмы встречаются лишь там, где сохраняются подходящие условия. Понятие помогает объяснить, почему жизнь сосредоточена в определённых частях планеты.

Биогеохимический круговорот — перемещение химических элементов между живой и неживой частью биосферы. Организмы поглощают вещества из среды, используют их и возвращают после обмена веществ или разложения. Этот термин показывает, как живое вещество связано с воздухом, водой и горными породами.

Как это устроено

Биосферу рассматривают как единую оболочку, потому что организмы и среда образуют систему взаимных связей. Вода, газы и минеральные вещества переходят из неживой природы в организмы и обратно, поэтому границу между живым и неживым нельзя считать непроницаемой. Изменение одного элемента может влиять на другие части системы. Такой подход помогает объяснять природные процессы не по отдельности, а как связанные явления.

Жизнь встречается в части атмосферы, во всей толще гидросферы, где позволяют условия, и в верхних слоях литосферы. В атмосфере организмы не заселяют неограниченное пространство: с высотой меняются давление, температура и доступность воды. В глубинах литосферы ограничителями становятся условия среды и нехватка доступных ресурсов. В воде организмы распространены широко, но условия освещения, давления и состава воды тоже неодинаковы, поэтому жизнь распределена неравномерно.

Главный источник энергии для большинства процессов в биосфере — Солнце. Растения и некоторые другие организмы используют солнечный свет, создавая органические вещества из неорганических; затем эта энергия передаётся по цепям питания. Без постоянного притока энергии многие процессы в экосистемах не могли бы поддерживаться. Внутреннее тепло Земли тоже влияет на биосферу, например в районах вулканической активности и горячих источников, но его роль не заменяет солнечную.

Вода служит средой обитания и участвует в переносе веществ, а минеральные элементы нужны организмам для построения клеток и обмена веществ. Газы атмосферы важны для дыхания и фотосинтеза, поэтому изменение их состава может отражаться на живых организмах. Температура определяет скорость многих процессов и возможность существования видов, свет необходим для фотосинтеза и влияет на поведение организмов. Давление также ограничивает распространение жизни, особенно на больших высотах и глубинах.

Организмы не только используют условия среды, но и изменяют их. Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а микроорганизмы разлагают остатки и возвращают элементы в почву и воду. Поэтому химические вещества переходят между живой и неживой частями биосферы — так происходит биогеохимический круговорот. Если деятельность организмов меняет условия, это может повлиять на состав среды и на другие виды.

Абиотические компоненты биосферы и их роль

Сначала определите, о каком компоненте идёт речь, затем проследите, как его свойства влияют на условия жизни. Один фактор редко действует изолированно: например, свет и температура связаны с глубиной водоёма и сезонными изменениями.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Распределите объекты по компонентам биосферы: воздух, почва, океанская вода, горные породы, солнечный свет. Нужно учитывать, что некоторые объекты связаны с оболочками Земли, а свет представляет собой источник энергии. Не следует смешивать сам компонент среды с его воздействием на организмы.

1. Воздух относится к атмосфере, потому что это смесь газов, окружающая Землю.
2. Океанская вода входит в гидросферу, объединяющую воды планеты.
3. Почва и горные породы связаны с литосферой, хотя почва также содержит воду, воздух и живые организмы.
4. Солнечный свет — поступающая от Солнца энергия, а не часть атмосферы, гидросферы или литосферы.

Ответ. Воздух — атмосфера; океанская вода — гидросфера; почва и горные породы — литосфера; солнечный свет — источник энергии. Почва имеет сложный состав, но в этой классификации её относят к верхней части литосферы.

Задача 2

Условие. Объясните, почему жизнь не распространена равномерно по всей атмосфере, гидросфере и литосфере. Нужно не просто назвать оболочки, а показать, какие условия ограничивают организмы в разных частях планеты. Учитывайте, что факторы действуют совместно.

1. Сначала назовите условия, необходимые организмам: подходящие температура и давление, доступ к воде и необходимым веществам, а для многих организмов — свет.
2. Затем сопоставьте их с изменением среды: в атмосфере с высотой меняются давление и температура, а в литосфере с глубиной труднее найти подходящие условия и ресурсы.
3. В гидросфере условия тоже неодинаковы: свет проникает не на любую глубину, а давление и состав воды меняются.
4. Сделайте вывод, что распространение жизни определяется сочетанием факторов, а не только наличием оболочки.

Ответ. Жизнь распределена неравномерно, потому что физические и химические условия меняются с высотой, глубиной и местом. Там, где не хватает воды, света или доступных веществ либо температура и давление слишком велики или малы, существование организмов ограничено.

Задача 3

Условие. Проанализируйте, к чему может привести поступление избытка минеральных веществ в водоём. Рассмотрите как изменения неживой среды, так и последствия для организмов. Важно проследить возможную цепочку причин и не сводить ответ к одному фактору.

1. Избыток минеральных веществ меняет химический состав воды и может усилить рост водорослей и других организмов, использующих эти вещества.
2. Когда органических остатков становится больше, их разложение активизируется; микроорганизмы при этом расходуют растворённый кислород.
3. Снижение содержания кислорода ухудшает условия для рыб и других водных организмов, а некоторые виды могут исчезнуть или стать менее многочисленными.
4. Свяжите результат с круговоротом: вещества поступают в живые организмы, а затем возвращаются в воду, но избыток нарушает условия сообщества.

Ответ. Поступление избытка минеральных веществ может изменить химические условия водоёма, вызвать усиленный рост водорослей и последующее снижение кислорода при разложении остатков. Это способно ухудшить условия жизни водных организмов и изменить состав сообщества; последствия зависят от количества веществ и особенностей водоёма.

Типичные ошибки

Считать биосферой всю планету целиком — значит забыть, что жизнь занимает лишь определённые области. Такое представление возникает из-за того, что биосферу называют оболочкой Земли. Проверьте себя: можете ли вы указать, где именно в атмосфере, гидросфере и литосфере встречаются организмы?

Отождествлять абиотические компоненты только с неживыми предметами — неполно: значение имеют и условия, например температура, давление и освещённость. Ошибку допускают, когда вспоминают только воду, камни или воздух. Для проверки спросите себя, влияет ли названный фактор на жизнедеятельность организмов, даже если его нельзя считать отдельным предметом.

Считать, что границы биосферы проходят по границам атмосферы, гидросферы и литосферы, неверно: жизнь не занимает их целиком. Такое смешение возникает, когда область жизни путают с оболочками, в которых она существует. Проверьте ответ, назвав условия, ограничивающие распространение организмов по высоте и глубине.

Представлять организмы пассивными потребителями среды — значит не учитывать их преобразующую роль. Живые существа действительно зависят от воды, воздуха и других факторов, но одновременно меняют состав среды и участвуют в круговороте веществ. Чтобы проверить себя, приведите пример, когда организм поглощает вещество, преобразует его и возвращает в окружающую среду.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания об оболочках Земли, экосистемах, биотических и абиотических факторах и круговороте веществ. География помогает объяснить, как природные условия распределены по планете, а биология — как организмы приспосабливаются к ним. Позднее эти знания пригодятся при изучении биогеохимических циклов, глобальных экологических проблем и влияния человека на биосферу.

Что запомнить

• Биосфера включает живое вещество и преобразуемую им неживую среду.
• Основные области биосферы связаны с атмосферой, гидросферой и верхней частью литосферы.
• Распространение жизни ограничивают температура, давление, свет, вода и химический состав среды.
• Солнечная энергия — главный источник энергии большинства процессов в биосфере.
• Абиотические компоненты создают условия существования организмов.
• Живые организмы изменяют абиотическую среду и участвуют в круговороте веществ.