§ 21. Биосфера

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами и преобразуемая их деятельностью. Она охватывает области, где жизнь возможна: нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Это понятие помогает увидеть, что жизнь связана с разными оболочками планеты, а её влияние не ограничивается телами самих организмов.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы: растений, животных, грибов, бактерий и других форм жизни. Организмы различаются размерами и образом жизни, но вместе участвуют в изменении окружающей среды. Понятие живого вещества нужно, чтобы описывать их общее влияние на планету, например участие в круговороте химических элементов.

Биогенное вещество — вещество, образованное организмами или возникшее из их остатков. К нему относят, например, каменный уголь, торф и известняк, образовавшийся из остатков организмов. Этот термин показывает, что некоторые породы и вещества появились благодаря жизни, даже если сейчас в них нет живых организмов.

Биокосное вещество возникает при совместном воздействии организмов и неживой природы. Пример — почва: она формируется из минеральных частиц, остатков организмов и продуктов их деятельности. Понятие помогает объяснить, почему свойства некоторых природных тел зависят сразу и от живых существ, и от физических и химических процессов.

Как это устроено

Биосфера не занимает всю толщу каждой оболочки Земли: жизнь может существовать только там, где есть подходящие условия. В атмосфере организмы встречаются в её нижних слоях, куда поступают тепло и влага; в гидросфере жизнь обнаружена от поверхности водоёмов до глубин океана. В литосфере она проникает лишь в верхнюю часть, поскольку с глубиной растут температура и давление, а доступ кислорода и других необходимых веществ ограничен. Поэтому границы биосферы проходят через части трёх оболочек и зависят от возможностей организмов выживать.

Организмы связывают между собой воздух, воду, почву и горные породы, потому что постоянно поглощают и выделяют вещества. Растения берут из воздуха углекислый газ, из почвы — воду и минеральные элементы, а животные получают вещества, поедая растения или других животных. После смерти остатки разлагаются, и элементы возвращаются в почву, воду и атмосферу. Благодаря таким переходам химические элементы многократно перемещаются между живой и неживой частями биосферы.

Для большинства процессов в биосфере необходима энергия Солнца. Растения, водоросли и некоторые бактерии используют её при фотосинтезе, создавая органические вещества из неорганических. Затем энергия запасённых веществ передаётся животным и другим организмам по цепям питания, но на каждом этапе часть её рассеивается в виде тепла. Поэтому вещества могут участвовать в повторяющихся круговоротах, а энергия непрерывно поступает в биосферу извне.

Вещества биосферы различаются происхождением, и это определяет их роль. Живое вещество представлено самими организмами, биогенное — результатами их жизнедеятельности или остатками, а косное формируется без участия жизни. Биокосное вещество возникает при взаимодействии живых организмов с неживыми компонентами, поэтому почва одновременно содержит минеральные частицы и преобразованные органические остатки. Такое сопоставление помогает понять, почему природные тела нельзя всегда отнести только к живой или только к неживой природе.

Разнообразие организмов важно не только само по себе: виды связаны пищевыми отношениями, конкуренцией и другими взаимодействиями. Одни организмы создают органические вещества, другие потребляют их, а третьи разлагают остатки и возвращают элементы в среду. Если в этой системе исчезает звено, меняются потоки веществ и численность других видов. Многообразие организмов и их связи помогают биосфере сохранять целостность и поддерживать устойчивое протекание природных процессов.

Виды вещества биосферы

Таблица помогает сравнить вещества по происхождению, а не только по внешнему виду. Чтобы определить вид вещества, спросите, образовано ли оно организмами, возникло ли без их участия или сформировалось при взаимодействии живого и неживого. Некоторые объекты, например вода, могут содержать организмы, но сама вода при этом остаётся косным веществом.

Разбор задач

Задача 1. Определите, какие оболочки Земли входят в биосферу, и приведите по одному примеру обитания организмов в каждой. Нужно назвать не все места, где встречается жизнь, а показать связь с атмосферой, гидросферой и литосферой. Для каждого примера уточним, в какой части оболочки могут существовать организмы.

1. Сначала перечислим оболочки, части которых входят в биосферу: атмосферу, гидросферу и литосферу. Границы биосферы не охватывают всю их толщу. Они проходят там, где сохраняются условия для жизни.
2. В нижней части атмосферы примером будут бактерии или споры, переносимые воздушными потоками. В гидросфере организмы обитают, например, в толще океанской воды. В верхней части литосферы бактерии и другие организмы встречаются в почве.

Ответ: В биосферу входят части атмосферы, вся гидросфера и верхняя часть литосферы. Примеры — организмы в нижних слоях воздуха, водные организмы океана и почвенные бактерии. Конкретная глубина распространения жизни зависит от условий.

Задача 2. Распределите известняк, почву, воду океана и совокупность бактерий в пробе воды по видам вещества биосферы. Здесь важно классифицировать именно каждый названный объект, а не всё, что может находиться рядом с ним. Проверим происхождение вещества и наличие в нём организмов.

1. Совокупность бактерий — живое вещество, потому что бактерии являются организмами. Саму пробу воды не нужно смешивать с её обитателями. Вода и бактерии относятся к разным видам вещества.
2. Воду океана относим к косному веществу: она образуется и существует независимо от организмов. Известняк считаем биогенным, так как многие его отложения связаны с накоплением остатков организмов. Почва — биокосное вещество, ведь она возникает при совместном воздействии живых организмов и неживой природы.

Ответ: известняк — биогенное, почва — биокосное, вода океана — косное, бактерии — живое вещество. Главное различие состоит в происхождении объектов. Наличие организмов в воде не превращает саму воду в живое вещество.

Задача 3. Проследите путь углерода от атмосферного углекислого газа через растение и животное обратно в окружающую среду и укажите роль организмов. Нужно показать последовательность переходов, а не просто перечислить объекты. На каждом этапе отметим, как углерод включается в новое вещество или возвращается в среду.

1. Растение поглощает углекислый газ из воздуха и использует его углерод для образования органических веществ при фотосинтезе. Так элемент из атмосферы становится частью живого организма. Энергия процесса поступает от Солнца.
2. Животное поедает растение, и углерод органических веществ переходит в его тело. При дыхании животное выделяет углекислый газ, возвращая часть углерода в атмосферу. Остальная часть может перейти к другим организмам с пищей.
3. После гибели растения или животного их остатки разлагают бактерии и грибы. В ходе разложения углерод возвращается в окружающую среду, в том числе в виде углекислого газа. Значит, организмы обеспечивают поглощение, передачу и возврат элемента.

Ответ: углекислый газ → растение → животное → углекислый газ и другие компоненты среды. Растение связывает углерод, животное получает его с пищей, а дыхание и разложение возвращают его в окружающую среду. Так живое вещество участвует в круговороте углерода.

Типичные ошибки

Ошибка — считать биосферой только совокупность организмов. Так путают живое вещество с оболочкой, где жизнь существует и преобразует среду. Проверьте себя: если в определении нет среды обитания и результатов деятельности жизни, оно описывает биоту, а не биосферу.

Ошибка — проводить границы биосферы по границам отдельных геологических оболочек. Это происходит, если представить атмосферу, гидросферу и литосферу полностью изолированными друг от друга. Проверьте ответ: биосфера включает только области нескольких оболочек, в которых возможна жизнь.

Ошибка — путать биогенное вещество с биокосным. Оба вида связаны с организмами, поэтому различие легко упустить. Проверьте происхождение: биогенное образовано организмами или их остатками, а биокосное возникает при совместном воздействии живой и неживой природы.

Ошибка — считать круговорот веществ замкнутым и забывать о притоке энергии. Вещество действительно переходит из среды в организмы и обратно, но его перемещения требуют энергии. Для проверки вспомните: основной источник энергии биосферных процессов — Солнце, а энергия не циркулирует так же, как химические элементы.

Связь с другими темами

Для изучения биосферы нужны знания о строении Земли и составе атмосферы, гидросферы и литосферы: они помогают понять, где проходит жизнь. Представления о круговоротах веществ и передаче энергии в экосистемах объясняют, как организмы связаны с окружающей средой. Позже эти знания пригодятся при изучении биогеохимических циклов, глобальных экологических проблем и ноосферы.

Что запомнить

• Биосфера — оболочка Земли, где существует жизнь и проявляется её преобразующая деятельность.
• Жизнь распространена в частях атмосферы, гидросферы и литосферы.
• Живое вещество включает совокупность организмов биосферы.
• Организмы участвуют в круговороте химических элементов.
• Биогенное вещество образуется благодаря деятельности организмов или из их остатков.
• Биокосное вещество возникает при взаимодействии живых организмов и неживой природы.