§ 30. Общая характеристика биосферы

Определения и обозначения

Биосфера — глобальная оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная их деятельностью. Это не только совокупность организмов: в неё входят участки воздуха, воды и горных пород, с которыми связана жизнь. Понятие помогает рассматривать природные процессы планеты как части единой системы.

Живое вещество — совокупность всех живых организмов биосферы, рассматриваемая как единое целое. В него входят организмы разных видов и сред обитания, а не только растения или животные. Такое понятие нужно, чтобы оценивать общий вклад жизни в изменения планеты.

Границы биосферы — пределы распространения жизни в атмосфере, гидросфере и верхней части литосферы. Они не совпадают со всеми границами этих оболочек: жизнь встречается там, где позволяют условия среды. Это понятие помогает отличить область существования организмов от всей воздушной, водной и твёрдой оболочек.

Биогеохимический круговорот — перемещение химических элементов между живыми организмами и компонентами неживой природы. Например, элементы переходят из среды в организмы, а затем возвращаются в почву, воду или воздух. Понятие объясняет, почему живое и неживое в биосфере постоянно связаны обменом веществ.

Как это устроено

Биосферу считают глобальной экосистемой, потому что организмы зависят от условий среды, а сами меняют её. Атмосфера даёт газовую среду и участвует в переносе тепла и влаги, гидросфера обеспечивает жизнь водой, а литосфера предоставляет минералы и местообитания. Связи между оболочками переносят вещества и энергию, поэтому изменение одного компонента может отразиться на других.

Верхняя и нижняя границы биосферы формируются там, где условия становятся слишком неблагоприятными для жизни. В атмосфере распространение организмов ограничивают холод, разреженность воздуха и радиация, а в глубине литосферы — высокая температура, давление и недостаток доступной воды. В гидросфере жизнь встречается почти повсюду, но её распределение зависит от освещённости, температуры, давления и наличия кислорода и питательных веществ.

Основная масса живого вещества сосредоточена в сравнительно узком слое у границы суши, воды и атмосферы. Здесь одновременно доступны солнечный свет, вода, минеральные вещества и газы, необходимые организмам. По мере удаления от этой зоны хотя бы одного ресурса часто становится меньше, а условия — труднее для поддержания жизни.

Организмы изменяют среду не только отдельными действиями, но и суммарно, за длительное время. Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, микроорганизмы разлагают органические остатки, а животные и растения влияют на почву и состав воды. Благодаря таким процессам химические элементы перемещаются между организмами, воздухом, водой и породами, образуя биогеохимические круговороты.

В. И. Вернадский развил учение о биосфере и подчеркнул, что живое вещество выступает мощной преобразующей силой Земли. Организмы участвуют в образовании почв и осадочных пород, меняют состав атмосферы и направляют круговороты элементов. Человечество стало значимым фактором этих изменений: хозяйственная деятельность меняет местообитания, потоки веществ и состояние природных оболочек, поэтому её последствия могут выходить за пределы отдельной территории.

Компоненты биосферы и их роль

Таблица сопоставляет, где расположены компоненты биосферы, какие условия ограничивают жизнь в них и какую роль они играют. Границы указаны как области распространения организмов, а не как пределы всей оболочки Земли. Сравнивая строки, можно увидеть, что биосфера складывается из взаимодействующих частей, а не из изолированных сред.

Чтобы определить положение организма, сначала выясните, где он обитает, а затем соотнесите это место с соответствующей оболочкой. Например, почвенный организм относится к области литосферы, а водный планктон — к гидросфере. При этом сами организмы относятся к живому веществу независимо от среды обитания.

Разбор задач

К какой оболочке относятся почвенные бактерии, планктон и птицы, летающие в нижних слоях атмосферы?

Чтобы решить задачу, нужно определить среду, в которой обитает каждый организм. Не следует смешивать оболочку Земли с живым веществом: бактерии, планктон и птицы во всех случаях являются организмами биосферы. Различается именно среда их обитания.

1. Почвенные бактерии живут в почве, которая относится к верхней части литосферы.
2. Планктон обитает в толще воды, поэтому его среда — гидросфера.
3. Птицы летают в нижних слоях воздуха, относящихся к атмосфере.

Ответ: почвенные бактерии относятся к литосферной среде, планктон — к гидросфере, птицы — к атмосфере; все они входят в живое вещество биосферы.

Почему вырубка лесов влияет на численность организмов, состав атмосферы и круговорот углерода?

Здесь важно проследить несколько связанных последствий одного воздействия. Лес — местообитание множества организмов, а растения участвуют в обмене углерода с атмосферой. Поэтому исчезновение деревьев отражается и на сообществах, и на процессах в неживой среде.

1. При вырубке исчезают растения и нарушаются места обитания; численность некоторых животных и других организмов может уменьшиться.
2. Становится меньше растений, поглощающих углекислый газ при фотосинтезе, поэтому меняется обмен газами между лесом и атмосферой.
3. Углерод, который накапливался в древесине и почве, иначе распределяется: он может высвобождаться при разложении остатков или сгорании древесины.

Ответ: вырубка воздействует на биоразнообразие и одновременно меняет потоки углерода между организмами, почвой и атмосферой.

Как загрязнение океана может повлиять на биосферу и круговороты веществ?

Рассматривать загрязнение нужно как цепочку причин и последствий, а не как единичное событие. Сначала загрязнитель воздействует на организмы и условия их обитания в воде. Затем последствия могут затронуть пищевые связи и процессы, через которые вещества перемещаются в экосистемах.

1. Загрязнители ухудшают качество воды и могут прямо вредить организмам; чувствительные виды и участки сообществ способны сокращаться.
2. Изменения численности организмов нарушают пищевые связи, а загрязняющие вещества могут накапливаться и передаваться по цепям питания.
3. Если меняется деятельность водных организмов, изменяются и процессы разложения, поглощения и переноса веществ между водой, организмами и донными отложениями.

Ответ: непосредственные последствия — ухудшение условий и вред организмам; отдалённые — изменения сообществ и процессов круговорота веществ. Масштаб последствий зависит от вида загрязнителя, его количества и длительности воздействия.

Типичные ошибки

Ошибка — считать биосферой только совокупность живых организмов, забывая об их среде и преобразованной неживой природе. Так думают, потому что слово связано с жизнью, но организмы существуют только во взаимодействии с воздухом, водой и породами. Проверьте себя: если в объяснении нет неживых компонентов и связей с ними, представление о биосфере неполное.

Ошибка — проводить границу биосферы по всей атмосфере, гидросфере и литосфере. Её допускают, когда смешивают пределы оболочек Земли с пределами распространения жизни. Проверка простая: спросите, могут ли организмы жить в каждой части оболочки, и учтите ограничения температуры, давления, радиации и доступности воды.

Ошибка — путать живое вещество с биомассой отдельного вида или экосистемы. Причина в том, что оба выражения связаны с организмами и их массой, но первое охватывает жизнь всей биосферы, а второе может относиться к выбранной группе. Чтобы проверить себя, уточните масштаб: все организмы планеты или конкретное сообщество?

Ошибка — представлять круговороты веществ как полностью замкнутые и неизменные процессы. Такое упрощение не учитывает, что организмы преобразуют вещества, а деятельность человека меняет скорость и направление их переноса. Проверяйте рассуждение, прослеживая источники и места накопления вещества, а также возможное влияние природных и антропогенных изменений.

Связь с другими темами

Для понимания темы понадобятся знания о строении атмосферы, гидросферы и литосферы, а также понятия экосистемы, цепи питания и круговорота веществ. География помогает объяснить, где пространственно проходят границы биосферы и как условия различаются на Земле. Химия позволяет проследить перемещение элементов между организмами и неживой природой.

Представление о биосфере пригодится при изучении глобальных экологических проблем, устойчивости экосистем и природопользования. Оно помогает оценивать, как воздействие человека на отдельный компонент может отразиться на других частях окружающей среды. Поэтому эту тему важно связывать с вопросами охраны природы и последствий хозяйственной деятельности.

Что запомнить

• Биосфера — глобальная экосистема Земли.
• В состав биосферы входят живое вещество и части атмосферы, гидросферы и литосферы.
• Границы биосферы определяются возможностью существования жизни.
• Жизнь наиболее интенсивно сосредоточена в зонах контакта воздуха, воды и суши.
• Живые организмы участвуют в круговороте химических элементов.
• Биосфера изменяется под воздействием природных процессов и деятельности человека.