Биосфера состав – Состав биосферы

Состав биосферы

По В.И.Вернадскому, вещество биосферы состоит из семи разнообразных, но геологически взаимосвязанных частей.

  • Косное вещество– в образовании которого живые организмы не принимали участия. Косное вещество появляется в биосфере в результате тектонической деятельности (образование горных пород магматического происхождения, газообразные и твердые вещества, выделяющиеся при извержении вулканов и т.д.).

  • Биогенное вещество– образующееся в результате жизнедеятельности организмов (твердые: каменный уголь и породы осадочного происхождения – известняки, ракушечник, мел; жидкие – нефть; газообразные: природный газ – метан, кислород атмосферы и др.).

  • Биокосное вещество– особое природное тело – почва, представляющая собой результат совместной деятельности живых организмов, а также физико-химических и геологических процессов, протекающих в неживой природе.

В состав биосферы также входят

радиоактивное вещество,рассеянные атомыивещества космического происхождения.

Все живые организмы в совокупности образуют биомассу планеты, которая составляет около 0,01% массы земной коры. Однако, несмотря на незначительную общую массу, роль живых организмов в биосфере огромна.

Функции живого вещества в биосфере

  1. Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества появляются основные газы: кислород, азот, углекислый газ, сероводород, метан и др.

  • Кислород выделяется растениями, используется для дыхания животными, а образующийся углекислый газ вновь принимает участие в процессах фотосинтеза. Весь запас кислорода современной атмосферы растения могут воспроизвести за 10000 лет.

  • Атмосферный азот усваивается азотфиксирующими бактериями, включается в цепи питания, а после расщепления белков и нуклеиновых кислот может вновь возвращаться в окружающую среду.

  1. Концентрационная функция проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов из окружающей среды. Состав живого вещества существенно отличается от состава косного вещества планеты. В нем преобладают атомы водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, алюминия, кремния, серы, хлора, калия, кальция. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде.

  • Кишечнополостные накапливают кальций, морские водоросли и губки – йод, лютики – литий, ряска – радий, моллюски – медь, асцидии – ванадий.

  • Наиболее активными концентраторами являются микроорганизмы. Концентрация железа в железобактериях в 65000 раз выше, чем в окружающей среде, а марганца в 1200000 раз. После гибели организмов могут образовываться залежи элементов.

  • Однако морские организмы могут накапливать не только полезные для человека микроэлементы, но даже радионуклиды и тяжелые металлы, что может привести к тяжелым отравлениям при употреблении их в пищу.

  1. Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении веществ, содержащих элементы с переменной валентностью (соединения железа, марганца, серы, азота и др.). В организмах происходит окисление и восстановление большинства химических соединений.

  1. Энергетическая

    функцияобеспечивает преобразование солнечной энергии в энергию химических соединений. Часть её откладывается в виде запаса органических веществ (торф, каменный уголь) на длительный срок.

  2. Деструктивная функция обусловливает процессы, связанные с разложением организмов после их смерти, вследствие которых происходит минерализация органического вещества, т. е. превращение живого вещества в косное. Эти процессы осуществляют редуценты. В результате образуются биогенное и биокосное вещества биосферы, а также происходит химическое разложение горных пород, вовлечение минералов в биотический круговорот.

  3. Средообразующая функциязаключается в преобразовании (трансформации) физико-химических параметров среды в условия, благоприятные для существования организмов. Организмы преобразовали газовый состав первичной атмосферы, изменили химический состав вод первичного океана, образовался слой осадочных пород в литосфере, на поверхности суши возник плодородный почвенный слой.

studfiles.net

25 Состав и структура биосферы

Впервые термин «биосфера» (от греческого βιος,bios– жизнь,σφαῖρα,sphaira– шар, сфера) использовал французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк в 1803 году в работе по гидрогеологии Франции для обозначения совокупности организмов, обитающих на земной коре. Затем термин был забыт. В 1875 году его «воскресил» профессор Венского университета геолог Эдуард Зюсс (1831 – 1914) в работе о строении Альп. Он ввёл в науку представление о биосфере как особой оболочке земной коры, охваченной жизнью. В таком общем смысле впервые в 1914 году использовал этот термин и выдающийся биогеохимик, академик Владимир Иванович Вернадский (1868 – 1945) в статье об истории рубидия в земной коре.

В.И. Вернадский – основоположник целостного современного учения о биосфере. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом. Согласно воззрениям Вернадского с момента возникновения жизни на нашей планете происходил процесс длительного формирования определённого единства живой и неживой материи, то есть биосферы.

Биосфе́ра(от др.-греч.жизньисфера, шар) оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Биосфера располагается на пересечении верхней части литосферы, нижней части атмосферы и занимает почти всю гидросферу.

Верхняя граница в атмосфере:15-20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое УФ-излучение, губительное для живых организмов.

Нижняя граница в литосфере:3,5 7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.

Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере:10 11 км. Она определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

Область, в которой регулярно встречаются живые организмы, называется эубиосфера(собственно биосфера). Общая толщинаэубиосферы≈ 12-17 км.

По отношению к эубиосферевыделяют следующие слои биосферы.

Парабиосфера до высоты 60 – 80 км. Лежит надэубиосферой. Сюда живые организмы попадают лишь случайно в виде спор и микроорганизмов и где они могут существовать временно, но не в состоянии нормально жить и размножаться.

Ниже геобиосферырасполагаетсягипобиосфера.Гипобиосферанеблагоприятный для жизни слой литосферы, в который живые организмы попадают случайно, временно существуют, но не могут размножаться.

Еще ниже до глубины 10 – 15 км простирается метабиосфера.

Метабиосфера— слой литосферы, преобразованный жизнью, в которой, однако живые организмы ныне не присутствуют.

Биосферу слагают следующие типы веществ

1. Живое вещество вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной(2,4 3,6)×1012т (в сухом весе) и составляет менее 106массы других оболочек Земли. Живое вещество распределено в пределах биосферы очень неравномерно.

2. Биогенное вещество вещество, создаваемое и перерабатываемое живым веществом.(уголь, нефть, карбонатные породы и т. д.).

3. Косное вещество продукты, образующиеся без участия живых организмов.

4. Биокосное вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.

5. Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.

6. Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.

7. Вещество космического происхождения.

Специфика живого вещества заключается в следующем:

1. Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией. В неорганическом мире по количеству свободной энергии с живым веществом могут быть сопоставлены только недолговечные незастывшие лавовые потоки.

2. Резкое отличие между живым и неживым веществом биосферы наблюдается в скорости протекания химических реакций: в живом веществе реакции идут в тысячи и миллионы раз быстрее.

3. Отличительной особенностью живого вещества является то, что слагающие его индивидуальные химические соединения – белки, ферменты и пр. – устойчивы только в живых организмах (в значительной степени это характерно и для минеральных соединений, входящих в состав живого вещества).

4. Произвольное движение живого вещества, в значительной степени саморегулируемое. В. И. Вернадский выделял две специфические формы движения живого вещества: а) пассивную, которая создается размножением и присуща как животным, так и растительным организмам; б) активную, которая осуществляется за счет направленного перемещения организмов (она характерна для животных и в меньшей степени для растений). Живому веществу также присуще стремление заполнить собой все возможное пространство.

5. Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. Кроме того, в отличие от неживого абиогенного вещества живое вещество не бывает представлено исключительно жидкой или газовой фазой. Тела организмов построены во всех трех фазовых состояниях.

6. Живое вещество представлено в биосфере в виде дисперсных тел – индивидуальных организмов. Причем, будучи дисперсным, живое вещество никогда не находится на Земле в морфологически чистой форме – в виде популяций организмов одного вида: оно всегда представлено биоценозами.

7. Живое вещество существует в форме непрерывного чередования поколений, благодаря чему современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых эпох. При этом характерным для живого вещества является наличие эволюционного процесса, т. е. воспроизводство живого вещества происходит не по типу абсолютного копирования предыдущих поколений, а путем морфологических и биохимических изменений.

Работа живого вещества в биосфере достаточно многообразна. По Вернадскому, работа живого вещества в биосфере может проявляться в двух основных формах:

а) химической (биохимической) – I род геологической деятельности;

б) механической – II род транспортной деятельности.

Биогенная миграция атомов I рода проявляется в постоянном обмене вещества между организмами и окружающей средой в процессе построения тела организмов, переваривания пищи. Биогенная миграция атомов II рода заключается в перемещении вещества организмами в ходе его жизнедеятельности (при строительстве нор, гнезд, при заглублении организмов в грунт), перемещении самого живого вещества, а также пропускание неорганических веществ через желудочный тракт грунтоедов, илоедов, фильтраторов.

Для понимания той работы, которую совершает живое вещество в биосфере очень важными являются три основных положения, которые В. И. Вернадский назвал биогеохимическими принципами:

1. Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению.

2. Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов.

3. Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей, и создается и поддерживается на нашей планете лучистой энергией Солнца.

Выделяют пять основных функцийживого вещества:

1. Энергетическая. Заключается в поглощении солнечной энергии при фотосинтезе, а химической энергии – путем разложения энергонасыщенных веществ и передаче энергии по пищевой цепи разнородного живого вещества.

2. Концентрационная. Избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов вещества. Выделяют два типа концентраций химических элементов живым веществом: а) массовое повышение концентраций элементов в среде, насыщенной этими элементами, например, серы и железа много в живом веществе в районах вулканизма; б) специфическую концентрацию того или иного элемента вне зависимости от среды.

3. Деструктивная. Заключается в минерализации необиогенного органического вещества, разложении неживого неорганического вещества, вовлечении образовавшихся веществ в биологический круговорот.

4. Средообразующая. Преобразование физико-химических параметров среды (главным образом за счет необиогенного вещества).

5. Транспортная. Перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении.

Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы. Живое вещество есть самая мощная геологическая сила, растущая с ходом времени.

studfiles.net

Состав и функции биосферы

Биосфера (от гр. «биос» — жизнь + гр. «сфера» — шар) — часть оболочки Земли, населенная живыми организмами.

Биогеоценозы являются элементарной структурой биосферы. Сама биосфера, состоящая из совокупности всех биогеоценозов (экосистем), рассматривается как большая экологическая система — биосфера — высший уровень организации жизни на Земле. Учение о биосфере создано академиком В. И. Вернадским (1863—1945).

На планете Земля различают несколько геосфер.

Геосферы Земли

Литосфера (гр. «литос» — камень) — внешняя твердая оболочка земного шара.

Гидросфера — все океаны, моря, составляющие 70,8% Земли.

Атмосфера — простирается вверх до 100 км. В ней выделяют:

  • тропосферу (от гр. «тропа» — перемена), которая включает взвешенные в воздухе водяные пары, перемещающиеся при неравномерном нагреве поверхности Земли;
  • стратосфера (от лат. «стратум» — слой) до 100 км высотой. У ее границ вверху возникают северные сияния, на высоте 15—35 км — озоновый экран;
  • ионосфера — расположена выше стратосферы. Биосфера охватывает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы — тропосферу. Наиболее населена самая ннжняя часть тропосферы. Границы жизни — нижняя проходит по литосфере на глубине 2—3 км; верхняя — по верхней части тропосферы.

Биосфера состоит из живого и неживого компонентов. Совокупность всех живых организмов нашей планеты образует живое вещество биосферы.

Живое вещество выполняет в биосфере следующие биогеохимические функции:

  • газовую — поглощает и выделяет газы;
  • окислительно-восстановительную — окисляет, например, углеводы до углекислого газа и восстанавливает его до углеводов;
  • концентрационную — организмы-концентраторы накапливают в своих телах и скелетах азот, фосфор, кремний, кальций, магний.

В результате выполнения этих функций живое вещество создает и поддерживает компоненты биосферы.


Запись опубликована в рубрике Общая биология с метками биосфера. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

shkolo.ru

Понятие ‘биосфера’. Структура биосферы

Эта статья ознакомит вас с понятием «биосфера», она расскажет о том, какой бывает структура биосферы.

Термин «биосфера» буквально переводится как «сфера жизни». Впервые его ввел в науку австрийский ученый Эдуард Зюсс в 1875 году. Биолог Ж. Б. Ламарк позже подчеркнул, что все элементы, которые образуют кору на поверхности земного шара, были сформированы вследствие деятельности живых организмов. Современная трактовка понятия «биосфера» подразумевает своеобразную оболочку Земли, в которой существуют все живые организмы и непрерывно взаимодействующие с ними фрагменты вещества планеты. Ее формирование началось примерно 3,8 млрд. лет назад, во время зарождения на Земле первых организмов. Биосфера и ее структура являются одним из элементов иерархической структуры природы. В состав этой оболочки входит верхняя часть литосферы, вся гидросфера и нижний сегмент атмосферы.

Структура биосферы предполагает наличие:

  • Живого вещества, составляемого живыми организмами, населяющими нашу планету.
  • Биогенного вещества, создаваемого в процессе функционирования организмов, являющегося результатом переработки и создания организмами (атмосферные газы, нефть, торф, каменный уголь, известняки и др.). Со времени зарождения первых живых организмов они пропустили тысячи раз сквозь свои органы, клетки, кровь, ткани весь мировой океан, немалую часть атмосферы, значительное количество минеральных веществ.
  • Косного вещества, сформированного без содействия живых организмов.
  • Биокосного вещества, являющегося результатом взаимодействия небиологических процессов и жизнедеятельности живых организмов, являясь динамически равновесными комплексами одних и других (ил, почва, кора выветривания и др.). В них ведущее положение занимают организмы.
  • Вещества, которое находится в состоянии радиоактивного распада.
  • Рассеянных атомов, постоянно возникающих из любого земного вещества, в результате воздействия излучений космоса.
  • Вещества неземного, космического характера.

Отдельно нужно описать подробнее первый пункт такого понятия, как структура биосферы. Живое вещество являет собой комплекс тел живых организмов. Его масса мала, по сравнению с остальными составляющими структуры всего лишь 2,4 — 3,6·1012 т сухого веса. Это одна миллионная часть массы биосферы в целом, являющейся в свою очередь меньше чем одной тысячной частью от массы планеты. Несмотря на такую незначительность в весе, она очень значима как геохимическая сила Земли, потому что организмы не только ведут свою жизнедеятельность в этой оболочке, но и оказывают воздействие на преобразование облика планеты, которую населяют совершенно неравномерно. Реже они встречаются в глубинах литосферы и литосферы, на значительной высоте, а зачастую обитают в почве, на поверхности Земли и верхних слоях гидросферы. Область их распространения во многом определяется географической широтой.

Структура биосферы, согласно мнению В.И. Вернадского, который первым создал учение о биосфере, имеет три составляющие: аэробиосферу, гидробиосферу и геобиосферу.

В аэробиосфере живут организмы, для жизни которых основным элементом является влага воздуха. Капли воды в воздухе и аэрозольные компоненты, поднимающиеся с земли, служат необходимыми энергетическими источниками для жизнедеятельности микроорганизмов в данной подсфере. В свою очередь она разделяется (условно) на субподсферы — альтобиосферу и тропобиосферу.

Гидробиосферу составляет вся водная часть планеты, которую населяют гидробионты. В то же время гидробиосфера заключает в себе маринобиосферу (океанические и морские воды) и аквабиосферу (континентальные пресные воды).

В геобиосфере ведут жизнедеятельность геобионты, для которых оптимальной средой является земная твердь.

Человечество с каждым годом все больше воздействует на биосферу и взаимодействует с ней, вызывая необратимые изменения. Среда этого процесса получила название «ноосфера». Биосфера и ноосфера были глубоко изучены академиками: Вернадским, Лысенко, профессором Лепешинским и еще многими другими выдающимися умами России и зарубежья.

fb.ru

Биосферы состав

Биосфера (от греч. bios — жизнь и sphaira — шар) — оболочка Земли, состав, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов.[ …]

Биосфера глобальная экосистема, особая активная «оболочка» Земли, состав, строение и энергетика которой определяются существованием и деятельностью живых организмов.[ …]

Биосфера — область активной жизни, оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в настоящем и прошлом обусловлены жизнедеятельностью организмов.[ …]

Биосфера, таким образом, включает в свой состав живое вещество, все живые организмы, которые обитают в пределах атмосферы, гидросферы и литосферы.[ …]

Биосфера органически входит в состав первых трех оболочек. В узком значении термин «природа» используется как своеобразный эквивалент понятия «биосфера» (последняя, как отмечалось ранее, представляет собой совокупность микроорганизмов, растений, животных и человека, населяющих Землю).[ …]

В биосфере азот присутствует в газообразной форме (N2, №Т3, N0, N02), в виде соединений азотной и азотистой кислот (нитраты и нитриты), солей аммония, а также входит в состав разнообразных органических соединений. Круговорот азота приведен на рис. 2.[ …]

ВОДА В БИОСФЕРЕ — важнейшее составляющее живого вещества, без которого жизнь невозможна. Живые организмы в среднем состоят из воды на 2/3 (табл. Общая масса воды, содержащейся в живых организмах, около 2,5 х 1018 г (2,5 тыс. км3), а всей воды на планете, по разным данным, (1,5— 2,5) х 1024 г (1,5—2,5 млрд. км3), т. е. от 30 до 50 млн. т на 1 га поверхности Земли. Количество поверхностных вод Земли (табл.[ …]

Состояние биосферы характеризуется величиной биомассы, количеством углерода и связанной в биомассе (на поверхности и в почве) энергии, годичным приростом и количеством минеральных веществ, вовлеченных в состав биомассы.[ …]

Химический состав гомосферы определяется присутствием четырех главных компонентов, составляющих более 99 % от общей ее массы, — азота, кислорода, аргона и углекислого газа.Кроме них постоянными газовыми составляющими атмосферы являются микрокомпоненты , представленные главным образом редкими инертными газами и водородом. В атмосфере присутствуют также в переменных количествах ксенокомпоненты, являющиеся временными примесями, поступление которых обусловлено вулканической деятельностью, жизнедеятельностью биосферы, а также производственной и бытовой деятельностью человека. К числу ксенокомпонентов атмосферы относят также поступающие в нее в результате различных планетарных процессов пылевые частицы.[ …]

Живое вещество биосферы более чем на 99% представлено биомассой наземных растений, грибов и микроорганизмов (табл. 3.3). Поэтому они в основном и определяют средний химический состав суммарной биомассы (табл. 3.4).[ …]

Воздушные массы биосферы вследствие их неравномерного нагревания совершают планетарные циркуляции, определяя климат, вызывая процессы выветривания и т.д. Но решающее значение имеет газовый состав атмосферы, созданный живым веществом. Именно он определяет жизнь на Земле.[ …]

В характерных для биосферы условиях свинец представлен соединениями со степенями окисления свинца + 2 и + 4 (оксид РЬО и диоксид свинца РЬ02). Более устойчивы и распространены в природе соединения РЬ (И). Наибольшее влияние на состав соединений свинца в почвах могут оказать анионы: СО ОН , Б2 , РО и 80 Попадающий при химическом загрязнении в почву свинец сравнительно легко образует гидроксид при нейтральной или щелочной реакции.[ …]

Если сравнить химический состав живого и косного веществ Земли, то нетрудно увидеть их значительное несоответствие. Так, содержание углерода в живом веществе в 70 раз выше, чем в косном. Для живых существ характерна избирательность в поглощении элементов, необходимых для жизнедеятельности, что породило в биосфере проблему дефицита и ограничение количества живого вещества на Земле. Выходом из этого положения является круговорот, когда элемент, пройдя ряд биологических и химических превращений, возвращается в состав первоначального химического соединения.[ …]

Главными источниками хрома в биосфере являются промышленные отходы (гальванические осадки, отходы кожевенных заводов и производств, где хром входит в состав пигментов и красителей), осадки сточных вод. Другими, менее важными, источниками загрязнения хромом являются воды из циркуляционных систем охлаждения, производства клея, средств для стирки белья. Источниками загрязнения являются также жидкие стоки кожевенных производств, красилен, отвалы шлаков при производстве феррохрома, хромовых сталей; некоторые фосфорные удобрения содержат хрома до 102—104 мг/кг.[ …]

Одним из важнейших элементов биосферы является фосфор, входящий в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, костной ткани. Фосфор также участвует в малом и большом круговоротах (рис. 4), усваивается растениями. В воде фосфаты натрия и кальция растворяются плохо, а в щелочной среде они практически не растворимы.[ …]

Основным источником энергии в биосфере является Солнце. Биогенный круговорот веществ не дает прерваться жизни на планете Земля. Живые существа биосферы преобразовали химический состав воздуха, воды, почвы, определили и их современный состав, повлияли на формирование минералов и горных пород, на рельеф Земли. Биосфера — среда жизни и результат жизнедеятельности.[ …]

Методы, применяемые для защиты биосферы от загрязнений, несмотря на многообразие обезвреживаемых и перерабатываемых химических продуктов, ограниченны. В зависимости от вида соединения все методы могут быть разделены на две основные группы. В первую группу входят методы, предназначенные для переработки или обезвреживания неорганических соединений, во вторую — органических. Классификация основных методов обеих групп представлена на рис. 5.1. Так как в промышленной практике в состав отходов чаще всего входят и органические и неорганические соединения, то, очевидно, для их переработки и обезвреживания следует использовать методы из обеих групп. При переработке или обезвреживании отходов стремятся к получению вторичных продуктов, которые могут быть использованы в народном хозяйстве. Для этого применяется, как правило, не один, а несколько методов в последовательности, определяющей технологию обезвреживания или переработки. Число технологических решений процесса обезвреживания очень велико. Для того, чтобы выбрать метод и технологию, необходимо: 1) дать оценку их эффективности с учетом опасности выбрасываемых химических соединений; 2) определить области рационального применения каждого метода или группы методов; 3) дать экономическую оценку их эффективности.[ …]

Вода — самое распространенное в биосфере вещество. Вода входит в состав клеток и гканей любого организма. Для человека суточная физиологическая потребность в воде составляет 34-45 г на 1 кг веса тела, т.е. 2,5-3 л в сутки. При нарушении водного баланса на 6-8 % человек впадает в обморочное состояние , при дефиците 10—12% гибнет из-за сгущения крови. Вода для питья должна содержать соли не более 0,5 г/л; растения погибают от воды с содержанием 2,5 г/л соли.[ …]

Качественно новый этап развития биосферы наступил в современную эпоху, когда деятельность человека, преобразующая поверхность Земли, по своим масштабам стала соизмеримой с геологическими процессами. Как отмечал В.И. Вернадский, биогеохимическая роль человека за последнее столетие стала значительно превосходить роль других, даже наиболее активных в биогеохимическом отношении организмов. При этом использование природных ресурсов происходит без учета закономерностей развития и механизмов функционирования биосферы. В результате хозяйственной деятельности из биотического круговорота изымаются или существенно преобразуются большие территории (сведение и насаждение лесов, осушение болот, строительство городов, дорог, плотин, распашка целинных земель, создание водохранилищ и т. д.). Добыча полезных ископаемых, сжигание огромных количеств топлива, создание новых, не существовавших ранее в биосфере веществ, интенсифицируют круговорот веществ, изменяют состав и структуру слагающих его компонентов. Антропогенные воздействия на биосферу, принявшие глобальный характер (на Земле не осталось ни одного участка суши или моря, где нельзя было бы обнаружить следов деятельности человека), ставят под угрозу возможность поддержания гомеостаза в биосфере.[ …]

Бактерии и синезеленые включают в состав органического вещества до 90 % всего входящего в биогенный цикл азота; оставшиеся же 10 % азота связываются грозовыми электрическими разрядами. Из сказанного следует, что важнейшей функцией прокариот в биосфере является вовлечение в круговорот элементов из косной (неживой) природы.[ …]

Особое значение приобрело загрязнение биосферы группой пол-лютантов, получивших общее название «тяжелые металлы» (ТМ). К ним относят более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева с атомными массами свыше 50 а. е. м. Иногда тяжелыми металлами называют элементы, которые имеют плотность более 7—8 тыс. кг/м3 (кроме благородных и редких). Оба определения условны и перечни тяжелых металлов по этим формальным признакам не совпадают. И хотя термин «тяжелые металлы» неудачен, им приходится пользоваться, так как он прочно вошел в экологическую литературу. Группа элементов, обозначаемых ТМ, активно участвует в биологических процессах, многие из них входят в состав ферментов. Набор тяжелых металлов во многом совпадает с перечнем «микроэлементов». К микроэлементам относят химические элементы, облигатные (обязательные) для растительных и живых организмов (по А.П. Виноградову), содержание которых измеряется величинами порядка я • 10 2 — и ■ 10 5 %. Также их называют «следовые», «малые», «редкие», «рассеянные» (В.И. Вернадский, Ф. Кларк, В. Гольдшмидт, А.Е. Ферсман). Большинство микроэлементов выполняет в живых организмах функции инициаторов и активаторов биохимических процессов. В число микроэлементов входят и многие неметаллы.[ …]

За время эволюции с момента образования биосферы состав атмосферы изменился принципиально — появился и стал одним из основных компонентов кислород, образовался защитный озоновый слой, значительно колебалась концентрация диоксида углерода и т. д. На протяжении суток, а также в различные периоды года состав воздуха достаточно постоянен, что объясняется огромной массой земной атмосферы, интенсивным перемешиванием ее нижних слоев (в пределах тропосферы), большой скоростью диффузии газов. Исследования состава атмосферы за последние столетия показали хотя и медленное, но постоянное увеличение концентрации диоксида углерода и метана, относящихся к группе «парниковых газов ».[ …]

Из биологически активных веществ, входящих в состав живых организмов и участвующих в метаболических процессах, только концентрации углерода и кислорода регулируются в масштабе всей биосферы в целом. Эти биогены, называемые биологически глобально накапливаемыми, усваиваются живыми организмами из газовой части окружающей среды биосферы — атмосферы. Все остальные биогенные вещества усваиваются организмами из почвы (в континентальных экосистемах) или из водных растворов ( в океанических экосистемах). Ввиду ограниченности возможностей горизонтального перемещения концентрации этих биогенов стабилизируются лишь в пределах отдельных локальных экосистем. Поэтому их называют биологически локально накапливаемыми.[ …]

Природные воды — один из важнейших компонентов биосферы — являются средой обитания водных растений и во многом определяют состав атмосферы. Неоценимо значение природных вод в возникновении и развитии животных организмов, немыслимо существование людей без пресной воды. Исторически обусловлено размещение подавляющего большинства населенных пунктов по берегам рек и водоемов, являющихся источниками водоснабжения, приемниками коммунальных отходов, средством транспорта. Закономерно возрастает роль воды в интенсифицируемом сельском хозяйстве и большом числе отраслей промышленности, где она используется как теплоноситель, средство очистки и среда для проведения технологических процессов.[ …]

ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО — совокупность живых организмов, их биомассы в биосфере (В.И. Вернадский). Имеет специфический химический состав (преобладают водород, углерод, азот, кальций, кислород, натрий, магний, алюминий, кремний, сера, хлор, фосфор) и огромную массу (18,4 ■ 10й т).[ …]

На основе того, что биота поддерживает определенный химический состав окружающей среды следует, что биота подчиняется принципу Ле Шателье-Брауна. При возникновении внешних возмущений, нарушающих равновесное состояние биосферы, в ней возникают внутренние процессы, компенсирующие это внешнее воздействие. Сейчас много говорится об избыточной величине СО2 в атмосфере. Для биосферы принцип Ле Шателье-Брауна выражается в том, что скорость поглощения углерода биотой пропорциональна приросту концентрации углерода по отношению к невозмущенному состоянию. На основе анализа выбросов ископаемого углерода и накопления его в атмосфере показано, что в биосфере принцип Ле Шателье-Брауна выполнялся до начала XX века. С начала XX века биота суши перестала поглощать избыток углерода в атмосфере. Однако большинство ученых считает, что современное состояние биосферы обратимо, при уменьшении антропогенного воздействия биосфера может еще вернуться в устойчивое состояние.[ …]

С появлением жизни на Земле она стала ведущей силой, направляющей развитие поверхности планеты, определяющей состав атмосферы, водный режим, распределение тепла и влаги. Жизнь обеспечила образование почвы (педосферы) Земли — основы человеческого благосостояния. Биосфера эволюционирует как целое. Она обладает значительной пластичностью (гибкостью), позволяющей ей приспосабливаться к появлению изменений как естественных, так и происшедших в результате действий человека.[ …]

Для совокупности всех организмов (включая микроскопические), обитающих на Земле, В. И. Вернадский ввел термин «живое вещество», состав которого обусловлен всеми химическими, физическими и энергетическими процессами, которые происходят в той оболочке земного шара, в которой существует «живое вещество», т. е. в биосфере. Термин «биосфера» для этой оболочки Земли предложил в 1873 г. австрийский геолог Эдуард Зюсс. Он же ввел такие ныне широко используемые термины, как «гидросфера», «литосфера».[ …]

Овладение человеческим разумом различными формами энергии (механической, тепловой, электрической, атомной) способствует значительному изменению как облика Земли, так и состояния биосферы вследствие введения все большего количества элементов в миграции атомов и веществ в природной среде. Человечество овладело громадной энергией и техникой, Оно, несмотря на то, что представляет собой сравнительно небольшую массу в биосфере, стало главнейшей силой, изменяющей процессы в биосфере, состав атмосферы, рек, морей и океанов. Человек прорывается и за пределы биосферы, его космические корабли достигли Луны, Венеры и других планет. Но разумное природопользование немыслимо без экологических знаний. В настоящее время во всем мире возникла насущная необходимость наладить разумное развитие производства, потребление энергии и использование природных богатств без нарушения закономерностей, сложившихся в биосфере. Необходимы природоохранные мероприятия для охраны атмосферного воздуха, воды, почвы, живой природы, природной и окружающей человека среды при функционировании всех производств в хозяйственной деятельности человека.[ …]

Таким образом, внешние геосферы и биота прошли длительный путь совместной эволюции, в результате которой сложился своеобразный природный «биосферный метаболизм», определяющий химический состав атмосферы, океанов и твердой поверхности нашей планеты. Этот «метаболизм» выступает в виде совокупности взаимосвязанных физических, химических и биологических процессов. Как и любому организму со сложным метаболизмом, биосфере Земли присущ внутренний гомеостазис: в отсутствие значительных нарушений (вследствие действия космических, внутрипланетарных или антропогенных факторов) эти процессы определяют природные циклы элементов, сбалансированные во временном интервале менее 1000 лет по всем источникам и стокам. Ключевым звеном поддержания такого квазистационарного состояния является деятельность биоты.[ …]

Средняя мощность геосферы — 55 км. За ее верхнюю границу принимают тропопаузу — переходный слой от тропосферы к стратосфере (12—18 км), за нижнюю — границу земной коры с мантией (до глубины 4—5 км). Гидросфера и биосфера полностью включены в состав геосферы (рис. 1.29).[ …]

Наверное, много миллионов лет понадобилось для того, чтобы сложился и был отобран из множества случайно возникавших вариантов тот принцип генетического кода и синтеза белка, который стал единым для всего живого на Земле. Эта первичная биосфера развивалась в условиях восстановительных свойств среды и еще очень мало на нее влияла. Огромные запасы углекислого газа атмосферы не были еще вовлечены в биогенный круговорот, однако растворенные в водах океана органические вещества постепенно концентрировались, входя в состав живого вещества первичных организмов.[ …]

В металлическом ядре Земли (оно состоит из железа и никеля) идут реакции термоядерного синтеза, продукты этой реакции формируют твердую, жидкую и газообразную оболочки планеты. В процессах образования оболочек активно участвуют живые существа, которые создают биосферу Земли, а также влияют на процессы неживой природы. Неживая природа влияет на живую и наоборот. Так, полный состав жидкой части крови, плазмы, близок к полному составу морской воды. Современная оболочка Земли сформировалась с участием живых существ (отложения известняка, месторождения угля, нефти и пр.). Свободный кислород появился в воздухе в результате деятельности растений.[ …]

На развитие растительности того или иного типа оказывают совместное воздействие многие факторы, формирующие условия обитания растений. На каждом конкретном участке географической оболочки создаются различные количественные комбинации этих факторов. В пределах биосферы происходит беспрерывное развитие растительных ассоциаций, состав которых определяется особенностями взаимодействия всех компонентов географической оболочки.[ …]

Постоянство основного состава атмосферы и гидросферы в условиях продолжающейся однонаправленной дегазации земных недр на первый взгляд кажется удивительным. В принципе, такая дегазация (даже на современном ее уровне) способна относительно быстро изменить химический состав окружающей среды, сделав ее совершенно непригодной для подавляющего большинства живых организмов. И если этого не происходит, то исключительно благодаря регулирующей деятельности биоты, образовавшей вместе с прилегающими к поверхности планеты оболочками (нижней атмосферой, гидросферой и самой верхней частью литосферы) крупнейшую из всех известных нам экологических систем — биосферу Земли.[ …]

Озон Оз является компонентом атмосферы, присутствие которого в. небольших количествах исключительно важно для жизни. Благодаря поглощению солнечного ультрафиолетового излучения стратосферным озоном (нижняя граница стратосферы— от 8 им над полюсами до 17 км над экватором, верхняя — на высоте около 50 км) биосфера защищена от вредного излучения, а поглощение инфракрасного излучения тропосферным озоном (тропосфера — нижний слой атмосферы, 8… 17 км от поверхности Земли) поддерживает глобальный температурный баланс. При этом фотохимическая активность озона влияет на химический состав как стратосферы, так и тропосферы.[ …]

Выше указывалось, что в основе жизни находится обмен веществом, между организмом и окружающей его средой, представляющий собой совокупность химических (биохимических) процессов. В конечном счете живой организм — это сложная химическая «машина», осуществляющая ассимиляцию, трансформацию и диссимиляцию химических элементов, входящих в состав сложных органических и неорганических соединений. В то же время экологическая система как структурная часть биосферы, являющаяся источником требуемых организму материальных ресурсов, представляет собой химическую среду обитания. От соответствия химического состава биосферы требованиям живых организмов зависит жизнедеятельность последних. На уровне экосистемы и биосферы в целом также происходят непрерывные физикохимические процессы, в общем случае представляющие собой биогеохимические циклы. Составным элементом последних является биотический круговорот, т. е. та часть биогеохимиче-ских циклов, в которой непосредственно участвуют живые организмы. Взаимодействие живого и неживого на глобальном уровне лежит в основе учения В. И. Вернадского о биосфере.[ …]

Таким образом, моря и океаны содержат более миллиарда кубических километров воды, что составляет 1/4й00 часть массы Земли. Их средняя глубина 3800 м, т. е. равна 1/1в00 части радиуса земного шара. Эти данные П. Черниа (1959) свидетельствуют о том, что мировой океан, хотя и представляется огромным, но по сравнению с массой всей планеты запасы воды незначительны, а по качеству в основном непригодны для питья. Вода в небольшом количестве входит в состав кристаллических пород земли, в виде росы и тумана собирается на поверхности суши, в виде паров, туч и облаков концентрируется в нижних слоях атмосферы. Она является основой биосферы и необходимым строительным материалом клеток растений и живых организмов.[ …]

Синэкология — часть экологии, изучающая экологические системы. Общепринятого понятия системы до сих пор не существует. Под системой обычно понимают целостное образование, состоящее из взаимосвязанных компонентов (элементов). Любая система состоит из частей (подсистем) и является составным компонентом системного образования более высокого иерархического уровня (надсистемы). Например, биогеоценоз как система состоит из подсистем — биоценоза, популяций растений и животных — и входит в состав биосферы — глобальной системы высокого иерархического уровня. Системы обладают эмерджентными (новыми) свойствами. Каждая система качественно отличается от слагающих ее подсистем и от надсистемы, в которую она входит. Молекула воды как система состоит из непохожих на нее подсистем — атомов водорода и кислорода. Коралловый риф как система резко отличается от составляющих его подсистем: водорослей и кишечнополостных животных.[ …]

С промышленными источниками выбросов относительно легче бороться, так как они являются стационарными, характеризуются высокой концентрацией вредных веществ и малым количеством устройств, посредством которых осуществляется вывод вредных веществ в окружающую среду. Это позволяет провести более эффективные мероприятия по уменьшению и нейтрализации выбросов, чем от многочисленных мобильных источников. В результате этого доля автотранспорта в загрязнении приземного слоя атмосферного воздуха — наиболее важного компонента биосферы — существенно выше, чем от других источников. Источниками токсичных веществ, поступающих в атмосферный воздух из агрегатов и систем автомобиля, являются отработанные картерные газы и топливные испарения. Состав токсичных выбросов от различных источников, использующих нефтяные топлива, представлен в табл. 4.3.[ …]

ru-ecology.info

Биосфера, состав и роль на Земле — Мегаобучалка

Крупнейшим обобщением в комплексе наук о Земле (геология, география, геохимия, биология) стало учение о биосфере, созданное русским ученым В. И. Вернадским. Начав свою научную деятельность (как геолог) с изучения осадочных пород земной коры, В. И. Вернадский выявил огромную роль живых организмов в сложных геохимических процессах нашей планеты. В 1926 г. вышла его книга «Биосфера». В этом произведении глубоко анализируются сложные взаимоотношения живых организмов и неживой природы Земли. Его работа несколько опередила время. Лишь во второй половине ХХ в., на фоне обострения экологических проблем, его учение о биосфере получило широкое распространение.

Важным элементом учения В. И. Вернадского о биосфере является идея тесной зависимости биосферы от деятельности человека и сохранности ее в результате разумного отношения человека к природе. Ученый писал:

Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. Перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера.1

В настоящее время учение о биосфере представляет собой важнейшую часть экологии, непосредственно связанную с проблемами регулирования взаимодействия человека и природы.

Впервые термин «биосфера» был употреблен Ж. Б. Ламарком в начале XIX в. Позднее он был упомянут в работе австрийского геолога Э. Зюсса в 1875 г. Однако это понятие не было детально разработано названными учеными, а использовано вскользь для обозначения области жизни на Земле. Лишь в работах В. И. Вернадского оно анализируется детально и тщательно и под ним понимается «оболочка жизни» на нашей планете.

Биосферойназывают совокупность всех живых организмов нашей планеты и те области геологических оболочек Земли, которые заселены живыми существами и подвергались в течение геологической истории их воздействию.

Границы биосферы.Живые организмы неравномерно распространены в геологических оболочках Земли: литосфере, гидросфере и атмосфере (рис. 1). Поэтому биосфера сейчас включает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы.



Рис. 1.Область распространения организмов в биосфере: 1 — уровень озонового слоя, задерживающего жесткое ультрафиолетовое излучение; 2 — граница снегов; 3 — почва; 4 — животные, обитающие в пещерах; 5 — бактерии в нефтяных скважинах

Литосфера это верхняя твердая оболочка Земли. Ее толщина колеблется в пределах 50–200 км. Распространение жизни в ней ограниченно и резко уменьшается с глубиной. Подавляющее количество видов сосредоточено в верхнем слое, имеющем толщину в несколько десятков сантиметров. Некоторые виды проникают в глубину на несколько метров или десятков метров (роющие животные — кроты, черви; бактерии; корни растений). Наибольшая глубина, на которой были обнаружены некоторые виды бактерий, составляет 3–4 км (в подземных водах и нефтеносных горизонтах). Распространению жизни в глубь литосферы препятствуют различные факторы. Проникновение растений невозможно из-за отсутствия света. Для всех форм жизни существенными препонами служат и возрастающие с глубиной плотность среды и температура. В среднем температурный прирост составляет около 3 °С на каждые 100 м. Именно поэтому нижней границей распространения жизни в литосфере считают трехкилометровую глубину, (где температура достигает около +100 °С).

Гидросфера— водная оболочка Земли, представляет собой совокупность океанов, морей, озер и рек. В отличие от литосферы и атмосферы она полностью освоена живыми организмами. Даже на дне Мирового океана, на глубинах около 12 км, были обнаружены разнообразные виды живых существ (животные, бактерии). Однако основная масса видов обитает в гидросфере в пределах 150–200 м от поверхности. Это связано с тем, что до такой глубины проникает свет. А следовательно, в более низких горизонтах невозможно существование растений и многих видов, зависящих в питании от растений. Распространение организмов на больших глубинах обеспечивается за счет постоянного «дождя» экскрементов, остатков мертвых организмов, падающих из верхних слоев, а также хищничества. Гидробионты обитают как в пресной, так и в соленой воде и по месту обитания делятся на 3 группы:

1) планктон — организмы, живущие на поверхности водоемов и пассивно передвигающиеся за счет движения воды;

2) нектон — активно передвигающиеся в толще воды;

3) бентос — организмы, обитающие на дне водоемов или зарывающиеся в ил.

Атмосфера— газовая оболочка Земли, имеющая определенный химический состав: около 78 % азота, 21 — кислорода, 1 — аргона и 0,03 % углекислого газа. В биосферу входят лишь самые нижние слои атмосферы. Жизнь в них не может существовать без непосредственной связи с литосферой и гидросферой. Крупные древесные растения достигают нескольких десятков метров в высоту, располагая вверх свои кроны. На сотни метров поднимаются летающие животные — насекомые, птицы, летучие мыши. Некоторые виды хищных птиц поднимаются на 3–5 км над поверхностью Земли, высматривая свою добычу. Наконец, восходящими воздушными потоками пассивно заносятся на десятки километров вверх бактерии, споры растений, грибов, семена. Однако все перечисленные летающие организмы или занесенные бактерии лишь временно находятся в атмосфере. Нет организмов, постоянно живущих в воздухе.

Верхней границей биосферы принято считать озоновый слой, располагающийся на высоте от 30 до 50 км над поверхностью Земли. Он защищает все живое на нашей планете от мощного ультрафиолетового солнечного излучения, в значительной мере поглощая эти лучи. Выше озонового слоя существование жизни невозможно.

Таким образом, основная часть видов живых организмов сосредоточена на границах атмосферы и литосферы, атмосферы и гидросферы, образуя относительно «тонкую пленку жизни» на поверхности нашей планеты.

Строение и функционирование биосферы.Биосфера это глобальная экологическая система, состоящая из множества экосистем более низкого ранга, биогеоценозов, взаимодействием которых друг с другом и обусловлена ее целостность. Действительно, биогеоценозы существуют не изолированно — между ними существуют непосредственные связи и отношения. Например, в водные биогеоценозы ветром, дождями, талыми водами выносятся из наземных экосистем минеральные и органические вещества. Может происходить перемещение организмов из одного биогеоценоза в другой (например, сезонные миграции животных). И наконец, всех объединяет атмосфера Земли, служащая общим резервуаром для живых существ. В нее поступают кислород (выделяемый растениями в процессе фотосинтеза) и углекислый газ (образуемый в процессе дыхания аэробных организмов). Из атмосферы же растения всех экосистем черпают углекислый газ, необходимый им в процессе фотосинтеза, а все дышащие организмы получают кислород.

Существование биосферы базируется на непрерывно осуществляющемся круговороте веществ, энергетической основой которого является солнечный свет (рис. 2).

Рис. 2.Схема биогеохимической цикличности в биосфере. Справа на схеме разрез дерново-подзолистой почвы под хвойным лесом

Круговорот веществ в природе между живой и неживой материей — одна из наиболее характерных особенностей биосферы. Биологический круговорот — это биогенная миграция атомов из окружающей среды в организмы и из организмов в окружающую среду. Биомасса выполняет и другие функции:

1) газовая — постоянный газообмен с внешней средой за счет дыхания живых организмов и фотосинтеза растений;

2) концентрационная — постоянная биогенная миграция атомов в живые организмы, а после их отмирания — в неживую природу;

3) окислительно-восстановительная — обмен веществом и энергией с внешней средой. При диссимиляции окисляются органические вещества, при ассимиляции используется энергия АТФ;

4) биохимическая — химические превращения веществ, составляющие основу жизнедеятельности организма.

 

Биосфера – особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть веществ планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера включает:

— живое вещество;

— биогенное вещество;

— косное вещество;

— биокосное вещество;

— радиоактивное вещество;

— вещество космического происхождения;

— рассеянные атомы.

Представление Вернандского об организованности биосферы – согласованное взаимодействие живого и неживого.

Верхняя граница биосферы простирается от поверхности Земли до озонового экрана. Выше этой границы организмы жить не могут, так как там на них будут губительно действовать ультрафиолетовые лучи Солнца и низкая температура. Нижняя граница проходит по дну гидросферы и на глубине 4-5 км в земной коре материков (это зависит от того, на какой глубине температура горных пород достигает +100°С). Наиболее обильна жизнью часть биосферы у земной поверхности и до глубины 200 м в гидросфере. Однако жизнь не ограничена исключительно пределами биосферы. Микробы, споры и пыльца растений, органические молекулы обнаружены высоко в стратосфере. Не исключено, что они могут покидать Землю и уноситься в космическое пространство. Но это не означает расширения биосферы, так как за ее пределами могут существовать только неактивные формы жизни, находящиеся в состоянии скрытой жизнедеятельности.

Биосфера — сравнительно молодая оболочка Земли. Ее образование связано с появлением жизни на нашей планете. Вопрос о происхождении жизни издавна интересовал человека. Выдвигались разные предположения. В настоящее время ученые считают, что жизнь зародилась в воде, так как на суше в то время были сильные перепады температур, активная вулканическая деятельность, землетрясения. Первые существа, появившиеся в воде, были несравненно проще даже самых примитивных из ныне живущих. Проходили миллионы лет, и живые организмы становились все сложнее и разнообразнее. Примерно 500 млн. лет назад организмы начали приспосабливаться к жизни на суше. Различные растения (еще очень примитивные) и животные (простейшие) постепенно заселяли и осваивали разные участки суши, вырабатывая различные приспособления для жизни в них. Начинается их участие в образовании почвы. Таким образом, постепенно создавались условия для появления на суше высокоорганизованных растений (хвойных и цветковых). При этом в атмосферу начинает выделяться кислород, необходимый для дыхания. Постепенно все живые организмы расселялись во все сферы Земли. Живые организмы существенно изменили вид нашей планеты, преобразовали земную кору, гидросферу и нижние слои атмосферы. Важнейшим этапом в изменении облика нашей планеты является появление и расселение на Земле человека. Это произошло около 500 тыс. лет назад. По словам академика В.И.Вернадского, воздействие человека на природу превосходит многие природные процессы. Совокупность всех живых организмов на планете называется биомассой (греч. bios — жизнь), или живым веществом. Величина эта огромна, но в сравнении с массой земной коры ничтожна. Правда, биомасса имеет замечательную способность обновляться, так как организмы размножаются.

Обновляясь, живое вещество планеты производит в течение года около 250 млрд. тонн биологической массы в сухом весе. Подобные показатели называются продуктивностью биомассы. В глобальных масштабах эта величина сравнительно невелика. Но она способна возобновляться из года в год. За время существования живого вещества (более 3 млрд. лет) даже при его меньшей, чем теперь, средней продуктивности общая биомасса, выработанная живым веществом, в десятки и сотни раз превысила бы массу земной коры (ведь земной коре не свойственно самовоспроизведение). Такая активность жизни делает ее могучим геологическим и географическим фактором на планете. Живое вещество перемещает, «пропускает сквозь себя» огромные массы воды, горных пород, газов. Это постоянное перемещение веществ, я точнее, химических элементов и молекул, называется биохимическим круговоротом. Наиболее активно вовлекается в него кислород, углерод (и их соединение — углекислый газ), азот, фосфор, сера, вода. И это понятно: ведь в живом веществе присутствуют эти газы (кислород составляет 70%, углерод — 18%, водород — 10,5%; на все другие элементы приходится всего 1,5%). Биогеохимические круговороты действуют очень активно. Биомасса Земли пропускает через себя всю воду Земли за 2 млн. лет, весь кислород атмосферы — за 2 тыс. лет, а углекислый газ из атмосферы — за 300. Значит, за долгое время геологической истории живое вещество (биомасса) многократно переработало все главные газы атмосферы, всю воду планеты и значительную часть горных пород земной коры. Биогеохимический круговорот — важнейший процесс, проходящий в биосфере. Благодаря ему происходит взаимосвязь всех оболочек Земли, населенных живыми существами. Сила, движущая могучий биогеохимический круговорот в биосфере, — солнечная энергия. Ее ежегодно на Землю поступает столько, что она во много раз превышает мощность любого другого источника энергии Земли. Земные растения улавливают эту энергию в процессе фотосинтеза, но менее 1% от поступающей. Хотя и это количество очень велико. Оно в 10 раз больше, чем энергия ядерных реакций в недрах планеты. В результате фотосинтеза в растениях образуются органические вещества, идущие на питание их, а часть органических веществ откладывается. Вместе с зеленой массой эта отложенная часть может переходить в организм животных (сначала травоядных, а потом хищных) и там частично распадаться до более простых химических соединений. После гибели растений и животных микроорганизмы заканчивают разрушение органического вещества, что создает питательную среду, в том числе почвы, для возрождения и следующего цикла развития биомассы. Охрана биосферы — комплекс мероприятий, действующих с пользой для живого вещества и всей биосферы. От успеха этих мероприятий во многом зависит судьба жизни на Земле и будущее человечества.

Представление о её возникновении и развитии: биосфера возникла в результате эволюции. По-видимому, первыми были анаэробные бактерии.

1. Формирование литосферы

2. Никогда не наблюдались периоды, лишенные жизни

3. Живые организмы.

4. Их количество бесконечно велико и действуют они бесконечно длительное время

5. Движущий фактор – биохимическая энергия живого вещества

Состав и границы биосферы

Жан БатистЛамарк (1744 год – 1783 год) – термин «биосфера».

Вернадский В. И. (1926). Биосфера — поверхностная оболочка Земли, созданная и преобразуемая деятельностью живых организмов.

Строение биосферы:

— Атмосфера до высоты 25 км (озоновый слой)

— Гидросфера на всю толщу (11 км)

— Литосфера до глубины 5 км (температурный барьер +105ºС)

Характерные черты биосферы:

— Наличие вещества в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном.

— Наличие большого количества воды в свободной форме.

— Наличие большого количества энергии, как солнечного, так и земного происхождения.

Основные компоненты биосферы:

— Живое вещество – вся сумма живых организмов, находящихся на планете в данный исторический период.

— Биогенное вещество – органическое или органо-минеральное вещество, созданное организмами далекого прошлого и представленное в виде каменного угля, горючих сланцев, горючих газов, торфа, сапропеля, нефти.

— Биокосное вещество – неорганические вещества, преобразованные деятельностью организмов (вода, воздух, железная и марганцевая руды).

Термин «Биосфера» был впервые введен в литературу австрийским геологом Э.Зюссом для обозначения всего того пространства атмосферы, гидросферы и литосферы, где обитают живые организмы. Целостное учение о биосфере было создано академиком В.И.Вернадским (1863 – 1945 гг.), который определил биосферу как область существования и функционирования живого вещества – совокупности всех живых организмов на планете. В учении В.И.Вернадского впервые была раскрыта роль живых организмов в процессах планетарного масштаба, показано, что живые организмы и продукты их жизнедеятельности являются наиболее мощной геологической силой, играющей первостепенную роль в механизмах разрушения горных пород, круговорота веществ, изменения водной и воздушной оболочек планеты, эволюции верхних слоев литосферы.

Наряду с живым веществом, В.И.Вернадский выделил еще несколько категорий вещества в биосфере. Живому веществу противопоставляется косное вещество — все геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не созданные ими. Примеры косного вещества – гранит, кварц и тому подобные. Геологические породы, созданные в результате деятельности живого вещества, относятся к веществу биогенному (известняк, каменный уголь, и пр.). В отдельную категорию выделяется биокосное вещество, представляющее собой комплекс взаимодействующих живого и косного вещества, примерами которого являются почвы, природные воды.

Живое вещество составляет примерно 0,01% от всей массы биосферы, но благодаря высокой химической и геологической активности, именно оно является основой биосферы, состав которой определяется совокупной деятельностью живых организмов в настоящем и прошлом.

Современная биосфера охватывает пространство, в котором живые организмы обитают в настоящее время. В то же время безжизненные скопления органических веществ и других соединений, образовавшихся при участии живых организмов в прежние геологические эпохи (залежи каменного угля, нефти, горючих сланцев, рудные образования, известняки и т.д.), относят к так называемым былым биосферам.

Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (аэробиосферу), всю гидросферу (гидробиосферу) – океаны, моря, поверхностные воды суши, террабиосферу – поверхность самой суши, а также литосферу (литобиосферу) – верхние горизонты твердой земной оболочки. В пределах биосферы выделяют две категории слоев: собственно биосферу, где живое вещество локализовано постоянно (эубиосферу), а также расположенные выше и ниже ее соответственно парабиосферу и метабиосферу. В эти слои живые организмы могут попадать лишь случайно. Общая протяженность эубиосферы по вертикали – 12-17 км, хотя у разных авторов эти оценки несколько варьируют.

Верхней границей биосферы (включая парабиосферу) является озоновый экран (или слой).

Озоновый экран (озоносфера) – это слой атмосферы в пределах стратосферы, расположенный на разной высоте от поверхности Земли и имеющий наибольшую плотность (концентрацию молекул) озона на высоте 22-26 км.

Высота озонового слоя у полюсов оценивается в 7-8 км, у экватора – 17-18 км, а максимальная высота присутствия озона – 45-50 км. Выше озонового экрана существование жизни без специальной защиты невозможно из-за жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Метабиосфера не опускается ниже 10-15 км, а нижней границей эубиосферы считаются донные отложения океана и верхние горизонты литосферы, подвергающиеся ныне (или подвергавшиеся в прошлом) воздействию живых организмов. К биосфере, например, относятся некоторые полезные ископаемые, в частности каменный уголь – продукт фотосинтеза растений в прошлые геологические эпохи. С учетом протяженности всех названных слоев по вертикали общая мощность биосферы оценивается в 33-35 км.

Процессы, протекающие в биосфере и обеспечивающие ее функционирование как глобальной экосистемы, связаны с активным обменом веществом и энергией между ее компонентами. В этой связи важное значение имеют особенности физико-химической среды биосферы, такие как значительное содержание в ней жидкой воды, наличие многочисленных поверхностей раздела между твердыми, жидкими и газообразными фазами, и наконец, мощный поток солнечной энергии, проходящий через биосферу.

Роль биосферы (живого вещества) на Земле

— Захват и создание запасов солнечной энергии в процессе фотосинтеза

— Создание органического вещества и его перенос по планете

— Концентрация химических элементов

— Отложение органического вещества на длительный период (известняки, мел, каменный уголь, нефть, и так далее)

— Окислительно-восстановительная активность (анаэробные и аэробные организмы)

— Создание почвы и ее плодородного слоя

— Санитарно-очистительная функция (разложение мертвых органических остатков)

Концентрация химических элементов организмами

Химические элементы Содержание химического элемента в атмосфере. литосфере и гидросфере, % Содержание химического элемента в телах организмов, %
Растения Животные
Углерод 0,18 3,00 18,00
Азот 0,03 0,28 3,00
Кислород 50,02 79,00 65,00
Водород 0,95 10,00 10,00

Живое вещество – все количество живых организмов планеты как единое целое.

Ключевую роль во всех биосферных процессах играют живые организмы и сущность этих процессов раскрывается через функции живого вещества в биосфере, обусловленные его специфическими свойствами. К таким свойствам следует отнести способность быстро осваивать свободное пространство, способность к активному движению (против действующих сил), высокую приспособительную способность организмов к различным условиям, устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти, феноменально высокие скорости биохимических реакций в живых организмах и высокую скорость обновления живого вещества в биотическом круговороте. Все эти свойства живого вещества проистекают из концентрации в нем больших запасов энергии.

Современная классификация функций живого вещества из которого состоит биосфера (по А.В.Лапо) выделяет десять основных функций.

1. Энергетическая функция связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, и рассеиванием.

2. Газовая функция проявляется в способности изменять и поддерживать определенных газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.

3. Окислительно-восстановительная функция выражается в интенсификации под влиянием живого вещества процессов окисления и восстановления.

4. Концентрационная функция заключается в способности живых организмах концентрировать в своем теле рассеянные химические элементы, поглощаемые из среды.

5. Противоположная по результатам рассеивающая функция проявляется через питательную и транспортную деятельность организмов.

6. Деструктивная функция состоит в разрушении организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе после их смерти, как мертвого органического вещества, так и косных веществ.

7. Транспортная функция выражается в переносе вещества в результате активной формы движения.

8. Средообразующая функция является результатом совместного действия других функций и состоит в преобразовании физико-химических параметров среды в условия, благоприятные для существования живых организмов.

9. Средорегулирующая функция –исключительно точной биотической регуляцией окружающей среды. Она задается высокой степенью замкнутости биотического круговорота – равенством скоростей синтеза и распада органических веществ.

10. Информационная функция живого вещества биосферы. Именно с появлением первых примитивных живых существ на планете появилась и активная («живая») информация, отличающаяся от той «мертвой» информации, которая является простым отражением структуры. Организмы оказались способными к получению информации путем соединения потока энергии с активной молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию совершила опережающую эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим фактором.

Распределение живого вещества по планете

Показатель Суша Океан
Площадь 149 х 109 км2 (29%) 361 х 109 км2 (71%)
Биомасса 2420 х 109 т (99,87%) 3,2 х 109 т (0,13%)
Растения 99,2% 6,3%
Животные 0,8% 93,7%

Энергетическая функция – основа фотосинтез, отсюда обеспечение всех жизненных процессов на Земле

Газовая функция – формирование газового состава биосферы

Концентрационная функция – накопление и извлечение живыми организмами биогенных элементов из окружающей среды, отсюда использование для построения тела

Окислительно-восстановительная функция – химическое превращение веществ

Деструкционная функция – разложение остатков мертвых организмов, отсюда превращение живого вещества в косное

Редуценты (деструкторы) – восстановители. Возвращают вещества снова в неживую природу, разлагая органику.

 

megaobuchalka.ru

Биосфера, ее структура и границы

Крупнейшим обобщением в комплексе наук о Земле (геология, география, геохимия, биология) стало учение о биосфере, созданное русским ученым В. И. Вернадским. Начав свою научную деятельность (как геолог) с изучения осадочных пород земной коры, В. И. Вернадский выявил огромную роль живых организмов в сложных геохимических процессах нашей планеты. В 1926 г. вышла его книга «Биосфера». В этом произведении глубоко анализируются сложные взаимоотношения живых организмов и неживой природы Земли. Его работа несколько опередила время. Лишь во второй половине ХХ в., на фоне обострения экологических проблем, его учение о биосфере получило широкое распространение.

Важным элементом учения В. И. Вернадского о биосфере является идея тесной зависимости биосферы от деятельности человека и сохранности ее в результате разумного отношения человека к природе. Ученый писал:

Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. Перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера.1

В настоящее время учение о биосфере представляет собой важнейшую часть экологии, непосредственно связанную с проблемами регулирования взаимодействия человека и природы.

Впервые термин «биосфера» был употреблен Ж. Б. Ламарком в начале XIX в. Позднее он был упомянут в работе австрийского геолога Э. Зюсса в 1875 г. Однако это понятие не было детально разработано названными учеными, а использовано вскользь для обозначения области жизни на Земле. Лишь в работах В. И. Вернадского оно анализируется детально и тщательно и под ним понимается «оболочка жизни» на нашей планете.

Биосферой называют совокупность всех живых организмов нашей планеты и те области геологических оболочек Земли, которые заселены живыми существами и подвергались в течение геологической истории их воздействию.

Границы биосферы. Живые организмы неравномерно распространены в геологических оболочках Земли: литосфере, гидросфере и атмосфере (рис. 1). Поэтому биосфера сейчас включает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы.

 

Рис. 1. Область распространения организмов в биосфере: 1 — уровень озонового слоя, задерживающего жесткое ультрафиолетовое излучение; 2 — граница снегов; 3 — почва; 4 — животные, обитающие в пещерах; 5 — бактерии в нефтяных скважинах

Литосфера это верхняя твердая оболочка Земли. Ее толщина колеблется в пределах 50–200 км. Распространение жизни в ней ограниченно и резко уменьшается с глубиной. Подавляющее количество видов сосредоточено в верхнем слое, имеющем толщину в несколько десятков сантиметров. Некоторые виды проникают в глубину на несколько метров или десятков метров (роющие животные — кроты, черви; бактерии; корни растений). Наибольшая глубина, на которой были обнаружены некоторые виды бактерий, составляет 3–4 км (в подземных водах и нефтеносных горизонтах). Распространению жизни в глубь литосферы препятствуют различные факторы. Проникновение растений невозможно из-за отсутствия света. Для всех форм жизни существенными препонами служат и возрастающие с глубиной плотность среды и температура. В среднем температурный прирост составляет около 3 °С на каждые 100 м. Именно поэтому нижней границей распространения жизни в литосфере считают трехкилометровую глубину, (где температура достигает около +100 °С).

Гидросфера — водная оболочка Земли, представляет собой совокупность океанов, морей, озер и рек. В отличие от литосферы и атмосферы она полностью освоена живыми организмами. Даже на дне Мирового океана, на глубинах около 12 км, были обнаружены разнообразные виды живых существ (животные, бактерии). Однако основная масса видов обитает в гидросфере в пределах 150–200 м от поверхности. Это связано с тем, что до такой глубины проникает свет. А следовательно, в более низких горизонтах невозможно существование растений и многих видов, зависящих в питании от растений. Распространение организмов на больших глубинах обеспечивается за счет постоянного «дождя» экскрементов, остатков мертвых организмов, падающих из верхних слоев, а также хищничества. Гидробионты обитают как в пресной, так и в соленой воде и по месту обитания делятся на 3 группы:

1)  планктон — организмы, живущие на поверхности водоемов и пассивно передвигающиеся за счет движения воды;

2)  нектон — активно передвигающиеся в толще воды;

3)  бентос — организмы, обитающие на дне водоемов или зарывающиеся в ил.

Атмосфера — газовая оболочка Земли, имеющая определенный химический состав: около 78 % азота, 21 — кислорода, 1 — аргона и 0,03 % углекислого газа. В биосферу входят лишь самые нижние слои атмосферы. Жизнь в них не может существовать без непосредственной связи с литосферой и гидросферой. Крупные древесные растения достигают нескольких десятков метров в высоту, располагая вверх свои кроны. На сотни метров поднимаются летающие животные — насекомые, птицы, летучие мыши. Некоторые виды хищных птиц поднимаются на 3–5 км над поверхностью Земли, высматривая свою добычу. Наконец, восходящими воздушными потоками пассивно заносятся на десятки километров вверх бактерии, споры растений, грибов, семена. Однако все перечисленные летающие организмы или занесенные бактерии лишь временно находятся в атмосфере. Нет организмов, постоянно живущих в воздухе.

Верхней границей биосферы принято считать озоновый слой, располагающийся на высоте от 30 до 50 км над поверхностью Земли. Он защищает все живое на нашей планете от мощного ультрафиолетового солнечного излучения, в значительной мере поглощая эти лучи. Выше озонового слоя существование жизни невозможно.

Таким образом, основная часть видов живых организмов сосредоточена на границах атмосферы и литосферы, атмосферы и гидросферы, образуя относительно «тонкую пленку жизни» на поверхности нашей планеты.

Строение и функционирование биосферы. Биосфера это глобальная экологическая система, состоящая из множества экосистем более низкого ранга, биогеоценозов, взаимодействием которых друг с другом и обусловлена ее целостность. Действительно, биогеоценозы существуют не изолированно — между ними существуют непосредственные связи и отношения. Например, в водные биогеоценозы ветром, дождями, талыми водами выносятся из наземных экосистем минеральные и органические вещества. Может происходить перемещение организмов из одного биогеоценоза в другой (например, сезонные миграции животных). И наконец, всех объединяет атмосфера Земли, служащая общим резервуаром для живых существ. В нее поступают кислород (выделяемый растениями в процессе фотосинтеза) и углекислый газ (образуемый в процессе дыхания аэробных организмов). Из атмосферы же растения всех экосистем черпают углекислый газ, необходимый им в процессе фотосинтеза, а все дышащие организмы получают кислород.

Существование биосферы базируется на непрерывно осуществляющемся круговороте веществ, энергетической основой которого является солнечный свет (рис. 2).

Рис. 2. Схема биогеохимической цикличности в биосфере. Справа на схеме разрез дерново-подзолистой почвы под хвойным лесом

Круговорот веществ в природе между живой и неживой материей — одна из наиболее характерных особенностей биосферы. Биологический круговорот — это биогенная миграция атомов из окружающей среды в организмы и из организмов в окружающую среду. Биомасса выполняет и другие функции:

1)  газовая — постоянный газообмен с внешней средой за счет дыхания живых организмов и фотосинтеза растений;

2)  концентрационная — постоянная биогенная миграция атомов в живые организмы, а после их отмирания — в неживую природу;

3)  окислительно-восстановительная — обмен веществом и энергией с внешней средой. При диссимиляции окисляются органические вещества, при ассимиляции используется энергия АТФ;

4)  биохимическая — химические превращения веществ, составляющие основу жизнедеятельности организма.

Источник: Краснодембский Е. Г.»Общая биология: Пособие для старшеклассников и поступающих в вузы»

Н. С. Курбатова, Е. А. Козлова «Конспект лекций по общей биологии»

 

xn--90aeobapscbe.xn--p1ai