Биосфера – место обитания живых существ. Зарождение жизни тесно связано с развитием оболочек земли. Она начала свое формирование около 4 миллиардов лет назад, затем появились первые признаки жизни на нашей планете.

Становление биосферы и ее поэтапное формирование обусловлено влиянием ряда факторов: действием на Землю космической энергии, развитием живых организмов и человечества.

Термин биосфера ввел австрийский ученый Зюсс еще в 19 столетии, он выделил все оболочки Земли, но подробное их описание совершил в 20 ст. отечественный ученый В.И. Вернадский (первый президент Украинской Академии Наук). Он описал границы биосферы, разработал единое учение о биосфере.

Свойства биосферы необходимые для возникновения и продолжения жизни

• Наличие CO₂ и кислорода;
• вода – источник жизни на земле, присутствие, как пресных водоемов, так и соленых;
• регуляция температуры: отсутствие резких перепадов, сверхвысоких и низких показателей;
• обеспечение всего живого продуктами питания;

До сих пор нет единого определения. Существует три версии, что такое биосфера:

1. Общая масса всех живых существ, которые обитают в оболочках земли, является биосферой.
2. Организмы и места их жизнедеятельности вместе составляют биосферу.
3. Это следствие продолжительной жизни существ, обитавших задолго до наших дней.

Ученые-геологи считают правильной первую точку зрения, так как другие не имеют теоретического подкрепления.

Биосфера простилается по всей поверхности Земли (горы, поля, реки, моря, океаны) и создает условия для жизнедеятельности всех организмов. Человек также является составляющим звеном.

Границы

Чем определяются границы распространения биосферы?

Поскольку Живое — главная составляющая биосферы, ее границы определяются возможностью выживать отдельных индивидуумов в условиях окружающей среды. В верхних слоях ультрафиолетовое излечение не дает развиваться живым организмам – это определяет верхнюю границу биосферы. Высокие температуры в земных глубинах устанавливают нижнюю черту жизни.

Где проходят границы биосферы?

Атмосфера – воздушный слой земного шара, состоит из азота, кислорода, диоксида углерода и др. Она защищает Землю от перегрева, действия космической радиации, ультрафиолета, метеоритов. В составе атмосферы выделяют: тропосферу, стратосферу, ионосферу.

Тропосфера (озоновый слой земли) является верхней границей биосферы, находится на высоте 20 км.

Стратосфера – располагается на высоте 50 км над уровнем моря, воздух разжижается, нагревается, увеличивается концентрация озона, условия становятся непригодными для жизни.

Ионосфера – поверхностный слой атмосферы, поддается воздействию космического излучения, поэтому сильно ионизированный.

Литосфера – земная кора, твердый слой, который уходит на глубину 200км. К биосфере относится верхний шар, населенный живыми организмами. Нижняя граница по литосфере достигает 4км, глубина где были найдены бактерии. Опускаясь ниже, температура возрастает, достигая 100 градусов, что несовместимо с существованием живых организмов, происходит денатурация белка, все живое – гибнет.

Гидросфера – совокупность наземных и подземных вод. Это одна из оболочек нашей планеты, которая окружает материки и острова, составляет 70% поверхности земного шара. Нижняя граница биосферы расположена на глубине около 11 км. (в области Тихого океана).

Слои биосферы

Эубиосфера – основная прослойка биосфера. 99,9% живых существ постоянно населяют данный слой. Ширина эубиосферы 12-17км.

Парабиосфера, метабиосфера – соответственно верхний и нижний слои бисоферы, куда жизнь попадет случайно, заносится из эубиосферы.

Апобиосфера и абиосфера — самый верхний и самый нижний слои, куда жизнь не может попасть даже случайно.

В зависимости от среды обитания живых организмов выделяют:

• Аэробиосферу (жизнь осуществляется за счет атмосферной влаги и солнечной энергии, от верхушек деревьев до стратосферы);
• геобиосферу (организмы населяют почву, поверхность суши, деревья);
• гидробиосферу (все водные структуры заселенные гидробионтами, исключая подземные воды).

Структура биосферы и ее состав

Живое вещество Вернадский описывал как общее число всех живых организмов населяющих планету в данный период времени.

Основные свойства:

• В нем сосредоточено огромное количество энергии;
• скорость течения реакций в живом организме быстрее, чем в искусственно созданных условиях;
• составляющие живого вещества стабильны только в жизнеспособном организме;
• возможность существовать в разных условиях, заполняя все пространство. Это явление Вернадский назвал «всюдностью жизни»;
• отдельные особи всегда являются частью экосистемы;
• живое вещество эволюционирует, приобретает новые свойства, адаптируется к изменчивости внешней среды.

Биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живого. В процессе жизни организмы пропускают через себя многократно все составляющие биосферы, так образуются залежи нефти, газа, угля, торфа и др.

Косное вещество – формируется без участия живой материи (небиогенные горные породы, минералы).

Биокосное вещество – создается при взаимодействии живого и неживого (вода, приземная атмосфера, почва).

Живое вещество распределено не равномерно на просторах земли, ее концентрация увеличивается возле экваториальной плоскости, на полюсах планеты жизни мало.

Скопление живых организмов находятся на границах слоев биосферы: на дне океана – проходит граница между литосферой и гидросферой, в поверхностных водах Мирового океана – рубеж между гидросферой и атмосферой, на границе литосферы и атмосферы находится почва – место обитания микроорганизмов, насекомых, других животных. В этих местах создаются благоприятные условия для существования: высокая концентрация кислорода, доступ к солнечному свету, влага, питательные вещества.

Соотношение видов живых организмов показывает преобладание растительности, она занимает 99% от всего живого, животные – 1%, люди – 0,0002%.

Функции биосферы

Энергетическая – аккумуляция солнечного излучения в процессе фотосинтеза (переход энергии солнечного света с помощью пигментов растений в органические связи) и ее трансформация, с последующим распределением между всеми живыми организмами.

Газообразующая – поддержание стабильного газового состава атмосферы (выделение кислорода, поглощение диоксида углерода).

Концетрационная – сосредотачивают в теле химические вещества, образуя в дальнейшем полезные ископаемые.

Круговорот вещества в биосфере

Растения в процессе роста и развития используют минеральные вещества из почвы, адсорбируют воду с помощью корня, перерабатывают энергию Солнца, образуют органические вещества из неорганических, из атмосферного воздуха листьями поглощается диоксид углерода и выделяется кислород посредством фотосинтеза.

Животные и человек дышат кислородом, используют органические вещества образованные растениями. После смерти, скопление органических веществ растений и животных разлагается под действием микроорганизмов, и переходят в неорганическое состояние.

Процесс преобразования энергии и вещества начинается сначала – это и есть жизненный круговорот.

Источник: animals-world.ru

 

4.1. БИОСФЕРА – ЖИВАЯ ОБОЛОЧКА ЗЕМЛИ

Биосфера по определению В. И. Вернадского «зона жизни», охватывает нижнюю часть атмосферы (тропосферу), всю гидросферу и верхнюю часть литосферы (почву). Другими словами, биосфера представляет собой глобальный биотоп, населённый всеми живыми организмами, в том числе и человеком.

Биосфера — это совокупность частей геосфер (лито- , гидро- и атмосферы), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности. Oнa не образует плотного слоя с четкими границами, а как бы «пропитывает» другие геосферы планеты. Верхняя граница биосферы простирается от поверхности Земли до озонового слоя, максимальная плотность которого на высоте 20-25 км. Выше этой границы организмы жить не могут: на них губительно действует ультрафиолетовое излучение Солнца и очень низкая температура (-56 °С).

Гидросфера практически вся, в том числе и самая глубокая впадина (Марианская) Мирового океана (11022 м), занята жизнью.

Нижняя граница биосферы проходит по дну океана в гидросфере и на глубине 3,0-3,5 км в земной коре материковой зоны, где температура недр достигает 100 °С и выше. Такая температура тоже губительна для всего живого.

Наиболее густо заселена организмами суша, поверхностные воды океана и его дно на небольшой глубине (до 250 м), куда проникают солнечные лучи. Здесь особенно благоприятные условия для жизни.

Толщина биосферы в среднем немногим более 20 км. По сравнению с диаметром земного шара (13000 км), биосфера — тонкая плёнка. Тем не менее, в горных ледниках, на высотах до 6 км проживают сообщества клещей, из птиц кондор может подниматься на высоту 7 км; в глубинах океана (до 11 км) существуют сообщества животных и микроорганизмов, в подземных нефтяных водах суши на глубинах до 15 км можно обнаружить сообщества бактерий (хемоавтотрофов).

Масса биосферы, по оценкам, составляет около 1,5·10²¹ кг.

Биосфера обладает системой свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Основные свойства следующие.

1.Биосфера — централизованная система. Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество).

2.Биосфера — открытая система. Для поддержания жизни на Земле необходимо поступление энергии извне, и часть этой энергии отражаясь, уходит в космическое пространство.

3.Биосфера — саморегулирующаяся система,для которой, как отмечал В. И. Вернадский, характерна организованность. В настоящее время это свойство называют гомеостазом.

4.Биосфера — система, характеризующаяся большим разнообразием. Биосфера, как глобальная экосистема, характеризуется максимальным среди других систем разнообразием. Для любой природной системы разнообразие — одно из важнейших её свойств. С ним связана возможность дублирования, подстраховки, замены одних звеньев другими, степень сложности и прочности пищевых и других связей. Поэтому разнообразие рассматривают как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом.

5.Наличие в биосфере механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений.

Биосфера — сложная природная система. Она включает в себя:

— живое вещество – совокупность тел живых организмов, обитающих на планете Земля;

— биогенное вещество — это вещество, созданное и переработанное живыми организмами (каменные угли, известняки, битумы);

— косное вещество — это вещество, в образовании которого жизнь не участвует (горные породы, газы);

— биокосное вещество — это вещество, которое создаётся одновременно живыми организмами и косными процессами (природная вода, почва, соленая морская вода, кора выветривания, тропосфера);

— радиоактивные элементы имеют сложный изотопный состав, идущий из глубины, дисперсно-рассеянный, создающий и меняющий энергетику биосферы;

— рассеянные атомы;

— вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль).

Живые организмы существенно изменили вид нашей планеты, преобразовали земную кору, гидросферу и нижние слои атмосферы. И в настоящее время они участвуют в разрушении горных пород, в образовании почвы, полезных ископаемых, например, торфа, регулируют содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере.

Еще на ранних этапах эволюции живое вещество распространилось по безжизненным пространствам планеты, занимая все потенциально доступные для жизни места, изменяя их и превращая в места обитания. Такую способность к распространению живого вещества В. И. Вернадский назвал «всюдностью жизни».

В. И. Вернадский считал живое вещество наиболее мощным геохимическим и энергетическим фактором, ведущей силой планетарного развития. Вершиной эволюции живого вещества на Земле стал человек, который приобрёл не только сознание (совершенную форму отражения окружающего мира), но и способность изготавливать и использовать в своей жизни орудия труда. Посредством орудий человечество стало создавать искусственную среду, среду своего обитания и эволюция биосферы вступила в новую фазу — фазу ноосферы. Ноосфера (греч. noos — разум, sphaira — шар) — сфера разума, высшая стадия развития биосферы, когда разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором её глобального развития. Термин «ноосфера» впервые ввел в 1927 г. французский философ Э. Леруа для обозначения оболочки Земли, включающей человеческое общество с его индустрией, языком и прочими видами разумной деятельности. В. И. Вернадский писал: «Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше».

Процесс перехода биосферы в ноосферу будет усиливаться по мере объединения человечества для решения общих, глобальных проблем развития. На заре развития человеческого общества деятельность людей мало отличалась от деятельности других организмов. Человек брал из биосферы средства к существованию и возвращал ей то, что могли использовать другие организмы. По мере развития человеческое общество начинало оказывать все более разрушительное воздействие на биосферу. В современных условиях человек уже осознает, что он должен считаться с законами её развития и с ее возможностями. Неотделимость человека от биосферы указывает на главную цель в построении ноосферы – сохранение биосферы, в которой возник и может существовать человек как вид, сохраняя свое здоровье.

 

Источник: studopedia.su

В абиотическом периоде на поверхность Земли под воздействием геофизических и космических процессов выходили вулканические породы, происходило их выветривание, перемещение, физико-химические и геологические преобразования — геохимический круговорот веществ. Предполагается, что в результате химических реакций между неорганическими веществами возникли сложные органические соединения – предшественники живых организмов, а затем образовались и прошли длительную (4 млрд. лет) эволюцию живые организмы.

Термин биосфера введен в 1875г. австрийским ученым Э.Зюссом. К биосфере он отнес все то пространство атмосферы, гидросферы и литосферы где встречаются живые организмы. Академик В.И.Вернадский установил определяющую роль живых организмов в механизмах преобразования геологических структур, создании лито-, гидро, и атмосферных оболочек земли и включил в понятие биосферы результаты их деятельности. «По Вернадскому», под биосферой понимается все пространство атмосферы, литосферы и гидросферы где существует и существовала жизнь т.е., где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности.

Биосфера представляет собой открытую, саморегулирующую систему, обладающую большим разнообразием живого вещества. Как в открытую систему в нее поступает солнечная энергия, а регулирующую функцию выполняют живые организмы, причем, их природное (выработанное за многие миллиарды лет) разнообразие является основным условием устойчивости биосферы.

Живые организмы биосферы способны получать, передавать и запасать энергию по цепям питания; перерабатывать с большой скоростью органические и неорганические вещества и преобразовывать физико-химические параметры своей среды. Они накапливают определенную информацию, закрепляют и передают ее в наследственных структурах последующим поколениям.

Совокупность живых организмов можно представить как живое вещество биосферы. Особенности жизни живых организмов определяют высокую скорость обновления живого вещества. Сумма ее массы за всю историю своего существования в 12 раз превысила массу земли.

В биосфере находятся вещества в процессах образовании которых живые организмы не принимали участия т.е. вещества неживой природы – костные вещества, например, минералы и биокосные вещества, в образовании которых принимали участие живые и косные, например, почвы.

Место живого организма в биосфере и все его личные, характерные особенности жизни, например, отношение к факторам среды, питанию, размножению, взаимоотношение с другими организмами и т.п., называют экологической нишей. Живые организмы биоценоза осуществляют непрерывное, как бы замкнутое обращение вещества, энергии и информации. Этот процесс называется малым биотическим кругом обмена или малым биологическим. В его пределах потеря массы вещества минимальна (1-2%), повторное же использование энергии едва достигает 0,24% и говорить о круговороте энергии не корректно. Информация передается полностью (генами), но часть ее может теряется при гибели видов или нарушении генетического кода.

Осуществление этого круговорота происходит в замкнутойцепи питаниябиоценоза, в пищевой цепи, в трофической цепи- в ряду видов или их групп, каждое предыдущее звено которого служит пищей для следующего.

Первое звено этой цепи-продуценты (автотрофы)— растения и водоросли, которые в процессе фотосинтеза, с помощью солнечной энергии, перерабатывают неорганические вещества из почвы, воды и атмосферы в растительную органическую массу, выделяя при этом кислород . На процесс фотосинтеза в клетках растений идет не более 1% солнечной энергии достигающей поверхности земли. Вся органическая масса продуцентов с её энергией и выделяемые биогенные летучие вещества характеризуются как первичная продуктивность. Первые растительные организмы, выделяя кислород, способствовали созданию в атмосфере слоя с повышенным содержанием трехатомного кислорода – озона. Этот слой в дальнейшем способствовал образованию более сложных живых организмов, т.к. стал предохранять их от гибельного ультрафиолетового солнечного излучения. Жизнеопределяющее свойство продуцентов проявляется и в его способности поглощать из атмосферного воздуха двуокись углерода выделяемую другими организмами в процессе своей жизнедеятельности.

Второе звено – консументы первого порядка— животные организмы усваивают растительную органическую массу и получают из нее и кислорода атмосферы энергию для своей жизни. Часть энергии накапливается в виде массы консументов, другая – расходуется на движение, дыхание, поддержание температуры тела и т.п., т.е. на жизнедеятельность этих организмов. Органическая масса консументов первого порядка потребляется, в свою очередь, другими животными организмами – консументами второго порядка (третьего и четвертого) для обеспечения своей жизнедеятельности. Количество биомассы, энергии и биогенных летучих соединений производимых всеми консументами характеризуются как вторичная продукция живого вещества.

Продуктивность зависит, главным образом, от разнородности и продолжительности жизни живых организмов и от факторов среды жизни.

Органические остатки жизни и смерти продуцентов и консументов потребляются представителями третьего звена пищевой цепи — редуцентами— в основном, бактериями и грибами и перерабатывается в неорганические вещества, главным образом в двуокись углерода, воду, и растворимые соли. Продукты жизнедеятельности редуцентов поступают как пища на первое звено пищевой цепи, к продуцентам.

Считается, что с одного трофического уровня на другой передается только 10% полученной энергии, т.к. 90% энергии расходуется на процессы жизнеобеспечения, поэтому нельзя говорить о полном круговороте энергии.

Малые круговороты биотического обмена объединяются в большой биологический и, с геохимическим круговоротом, создают большой биогеохимический круговорот, который, в свою очередь, является частью геологического круговорота земли.

Используя солнечное излучение, как постоянный источник энергии, живые организмы за 4 млрд. лет организовали преобразование окружающей среды. Они создали замкнутые круговороты веществ масса потоков которых на много порядков превысила потоки разрушения биосферы, связанные с процессами в недрах земли и космического пространства.

Взаимодействие естественных биогеоценозов осуществляется так, что оно создает условия необходимые для жизни всех видов входящих в их сообщество. Продукты жизнедеятельности одних видов потребляются другими видами. За многие годы сложились все необходимые жизненные процессы каждого вида и их выполнение строго связано с развитием и сохранением окружающей среды. Этот механизм заложен в генетическую информацию вида. Совокупность всех сообществ биосферы создало и поддерживает природную среду в глобальном масштабе – этот процесс называют биотической регуляцией природной среды.

Только те виды, которые обеспечивают необходимую работу по поддержанию окружающей среды, могут образовывать сообщества и составлять земную биоту. Такие виды поддерживают оптимальную численность, и производят оптимальное, а не максимальное количество потомков. Это предотвращает популяционные взрывы, разрушающие сообщества. Спонтанный переход любого вида к производству максимального количества потомков свидетельствует об искаженной генетической программе.

ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНРОЛЯ ЗНАНИЙ

1. Чем отличаются определения биосферы у Э.Зюсса и В.И.Вернадского?

2. Какую систему представляет собой биосфера?

3. Какими основными способностями обладают живые организмы?

4. Что можно сказать о процессе обновления живого вещества?

5. Какие основные вещества можно выделить в биосфере?

6. Как осуществляется малый биотический круг обмена?

Источник: helpiks.org