Компоненты и функции биосферы


 

 

Учение о биосфере

Понятие о биосфере. Структура и границы биосферы

Биосфера (от греческого слова bios — жизнь, sphaira — шар) – область системного взаимодействия живого и косного вещества планеты. Она представляет собой глобальную экосистему, т.е. совокупность всех экосистем нашей планеты.

Впервые термин «биосфера» в научную литературу ввел в 1875 году австрийский геолог Э. Зюсс.

Заслуга создания учения о биосфере принадлежит В.И. Вернадскому. Основу данного учения составляет понятие биосферы как целостной оболочки Земли, населенной жизнью и качественно преобразованной живым веществом планеты. По утверждению В.И. Вернадского, живое вещество Земли есть самая мощная сила в биосфере, материально и энергетически определяющая ее функции.

Структура биосферы. Биосфера включает в себя:


— аэробиосферу – нижняя часть атмосферы;

— гидробиосферу – всю гидросферу;

— литобиосферу – верхние горизонты литосферы.

Атмосфера – воздушная оболочка Земли. В вертикальном  направлении атмосферу разделяют на несколько основных слоев: тропосфера (до 9-17 км.);  стратосфера (до 50-55 км); мезосфера (до 80-85 км); термосфера (до 100 км).

На высоте 15-20 км располагается озоновый слой, защищающий живые организмы от жесткого ультрафиолетового излучения.

Гидросфера – водная оболочка Земли, покрывает 2/3 поверхности планеты. Под гидросферой понимают основные воды на земной поверхности в жидком и твердом агрегатном состояниях. Объем воды гидросферы не исчерпывается тем ее количеством, которое сосредоточено в океанах и морях. Более 40 % воды заключено в недрах литосферы, небольшая часть находится в атмосфере.

Литосфера – твердая оболочка Земли, сложенная горными породами и их производными вулканического происхождения, осадочными соединениями, продуктами выветривания.

Границы биосферы. Современная жизнь распространена в верхней части земной коры (литосфере), в нижних слоях воздушной оболочки (атмосфере) и в водной оболочке Земли (гидросфере).

В глубь Земли живые организмы проникают на небольшое расстояние. В литосфере жизнь ограничивает прежде всего температура горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной и на уровне 1,5 -15 км превышает 100С. Наибольшая глубина, на которой в породах земной коры были обнаружены живые бактерии, составляет 4 км.


В океана жизнь распространена до более значительных глубин и встречается даже на дне океанических впадин в 10-11 км от поверхности.

Верхняя граница жизни в атмосфере определяется уровнем УФ-радиации. На высоте 25-30 км большая часть УФ-излучения Солнца поглощает находящийся здесь озоновый слой. Если живые организмы поднимаются выше этого слоя, они погибают. Споры грибов и бактерий обнаруживают до высоты 20-22 км, но основная часть аэропланктонка сосредоточена в слое 1-1,5 км. В горах граница распространения наземной жизни – около 6 км над уровнем моря.

Концентрация и активность жизни особенно велика у поверхности Земли. Водоемы заселены по всей толще, со сгущениями у поверхности и у дна. На суше более 99 % живого вещества сосредоточено в слое на несколько метров вглубь и на несколько десятков метров (высокие деревья) вверх от поверхности.

Следовательно, жизнь наблюдается в тончайшей пленке планеты, где и протекают главные процессы взаимодействия живой и неживой природы.

Крайние пределы температуры, которые выносят некоторые формы жизни – от малых долей атмосферы на небольшой высоте до тысячи и более атмосфер на больших глубинах.

Структурные компоненты биосферы. Функции живого вещества биосферы


В состав биосферы входят:

— живое вещество (растения, животные, микроорганизмы);

— биогенное вещество (продукты жизнедеятельности живых организмов – каменный уголь, битумы, нефть);

— биокосное вещество (продукты распада и переработки горных осадочных пород живыми организмами – почвы, кора выветривания, все природные воды, свойства которых зависят от деятельности на Земле живого вещества);

— косное вещество (совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые вещества не участвуют – горные породы магматического, неорганического происхождения, вода, космическая пыль, метеориты).

Различают следующие функции живого вещества:

1. Энергетическая функция состоит в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с излучением Космоса (солнечная радиация). Основой данной функции является фотосинтез, в процессе которого происходит аккумуляция энергии Солнца и ее последующее перераспределение между компонентами биосферы. Накопленная солнечная энергия обеспечивает протекание всех жизненных процессов.

2. Благодаря газовой  функции происходит миграция газов, их превращение, формируется газовый состав биосферы;

3. Концентрационная функция проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов из окружающей среды, которые используются для построения тела. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде.


4. Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении веществ, которые содержат атомы с переменной степенью окисления (железо).

5. При осуществлении деструктивной функции протекают процессы, связанные с разложением остатков мертвых организмов. При этом происходит минерализация органического вещества, т.е. превращение живого вещества в косное.

6. Биогеохимическая – размножение, рост и перемещение в пространстве живого вещества.

7. Информационная – способность накапливать определенную информацию, закреплять ее в наследственных структурах и затем передавать последующим поколениям.

8. Средообразующая функция является в значительной мере интегративной (результат совместного действия других функций). Деятельность живых организмов обусловила современный состав атмосферы, от котороого зависят радиационный и тепловой режимы на планете, спектральный состав достигающего поверхности Земли солнечного света. Растительный покров существенно определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности больших пространств. Живые организмы играют ведущую роль в самоочищении воздуха, рек и озер, от них во многом зависит солевой состав природных вод и распределение многих химических веществ между сушей и океаном. Благодаря растениям, животным и микроорганизмам создается почва и поддерживается плодородие. Наконец, биота одарила человека пищей, одеждой, множеством других вещей, создав уникальное сообщество разнообразных организмов – главное богатство планеты и окружающей человека среды.


Основные этапы развития биосферы. Современное состояние биосферы

Жизнь возникла на основе круговорота органического вещества, обусловленного взаимодействием процессов его синтеза и разрушения (деструкция). Это произошло вследствие того, что из общего геологического круговорота веществ выделился биотический круговорот. Живое вещество, образовавшись на Земле, вовлекло в грандиозный круговорот все ее элементы. Так начался процесс формирования биосферы, продолжающийся до настоящего времени. Вначале биосфера функционировала как взаимодействие одноклеточных организмов. Затем появились многоклеточные организмы. Они развились до современных форм.

Биосфера с момента возникновения претерпевает постоянные изменения, проявляющиеся в увеличении разнообразия видов, в усложнении их организации, росте биомассы. В процессе жизнедеятельности организмов коренным образом преобразовалась и неживая часть биосферы. В атмосфере появился свободный кислород, а в ее верхних слоях – озоновый экран. Углекислота, извлеченная организмами из воды и воздуха, законсервировалась в отложениях угля и карбоната кальция, некоторые вещества надолго выключились из круговорота веществ (залежи полезных ископаемых). Вместе с этим происходило выветривание горных пород, в котором живые организмы также принимали активное участие. Выделяя углекислоту, органические и минеральные кислоты, они способствовали постоянной миграции химических элементов.


Таким образом, суммарная жизнедеятельность развивающихся организмов определяет особенности биосферы, которая в свою очередь обусловливает возможность выживания и направление эволюционных преобразований отдельных видов.

Основные этапы эволюции биосферы как глобальной среды жизни на Земле следует рассматривать с точки зрения формирования основных сред жизни.

Выделяют пять исторических этапов эволюции биосферы:

1 – возникновение и развитие жизни в воде;

2 – появление у гидробионтов симбионтов (паразиты, мутуалисты и др.), т.е. формирование новой среды жизни – организмов-хозяев;

3 – заселение организмами суши и формирование новых сред жизни: наземно-воздушной и почвенной;

4 – появление человека и превращение его из обычного биологического вида в биосоциальное существо;

5 – переход биосферы под влиянием разумной деятельности в новое качественное состояние – в ноосферу.

Ноосфера («мыслящая оболочка», сфера разума) – высшая стадия развития биосферы. Это «сфера взаимодействия природы и общества, в пределах корой разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития».


Ноосфера – это целостная планетная оболочка Земли, населенная людьми и рационально преобразованная ими в соответствии с законами сохранения и поддержания жизни для гармоничного сосуществования общества с окружающими природными условиями.



Источник: biofile.ru

Академические знания

Понятие «биосфера» ввел в 1875 году австрийский биолог Эдуард Зюсс (1831-1914). Развил теорию, выявил основные компоненты, из каких состоит биосфера, советский ученый и первый президент Украинской академии наук Владимир Иванович Вернадский (1863-1945). Его теории были очень революционными для начала 20-го века. За них его дважды арестовывали. Мировая же общественность отдала должное теориям ученого о единстве всего живого на планете, и именно благодаря поддержке мировой общественности Владимир Вернадский не умер в лагерях ГУЛАГа.

«Пленка жизни»

Сам термин происходит от двух греческих слов βιος и σφαῖρα, что означают «жизнь» и «сфера». В. Вернадский назвал эту оболочку Земли «хрупкой пленкой жизни». В более широком понимании биосфера – это область существования жизни на космическом теле. А как же другие планеты? И пока мы не знаем о существовании жизни на других телах Вселенной, понятие может быть применено и к ним. Астрофизики, например, рассматривают возможность существования биосферы в океане спутника Юпитера.

Биосфера Земли


Что такое биосфера, из каких компонентов состоит она на нашей планете? Ответы на эти вопросы даны современной наукой. На нашей планете биосфера, ее компоненты и границы уже определены. Эта оболочка планеты включает биотическую составляющую и абиотическую и охватывает все геофизические оболочки земли. Это та сфера планеты, где живут живые организмы, которая подвергается их воздействию, занята продуктами их жизнедеятельности. Это экосистема нашей Земли, где природные условия существования тесно связаны со всеми формами жизни.

Границы живой пленки

Верхней границей биосферы считают всю атмосферу до озонового слоя (15-20 км). Теоретически выше этого уровня жизнь должна погибнуть от ультрафиолетового излучения Солнца. Но в 2017 году на обшивке космической станции обнаружили жизнеспособные споры бактерий. Поэтому, по видимому, верхняя граница существования жизни может быть и 400 км, а может, и больше. Та же ситуация и с нижним уровнем, находящимся в литосфере и гидросфере. В почве найдены бактерии на глубине в 11 километров, а в водной среде в самой глубокой точке океана – бездне Челленджера Мариинского желоба – на глубине в почти 11 км найдены живые организмы. Но ведь никто не может пока точно сказать, что мы достигли самого дна океана. Все, что между этими границами, – место жизни организмов.

Масса биосферы


Несмотря на столь широкие границы, большинство живых существ занимает довольно тонкий слой в несколько километров вглубь и в высоту до нескольких десятков метров. В соотношении с массой всей планеты, масса биосферы всего 0,1%, а масса живых организмов и того меньше – одна миллиардная массы планеты. Если бы мы могли распределить все живое по поверхности планеты, то это был бы слой всего в 2 миллиметра. Но такие величины оказывают колоссальное влияние на Землю.

Так из каких основных компонентов состоит биосфера?

Коротко перечислим главные четыре вещества биосферы:

  • Живое – все живые организмы, населяющие Землю.
  • Биогенное – все, что создают или перерабатывают организмы.
  • Косное – все продукты, к образованию которых живые организмы не причастны.
  • Биокосное – все, что образуется при ведущем участии организмов, но в динамическом равновесии с косными процессами.

А есть еще вещества в радиоактивном распаде, атомы, рассеянные в пространстве, – и все это компоненты структуры биосферы. Функции ее определены составом.

Функции живой прослойки

Современная наука выделяет пять главных функций биосферы:

  • Аккумулирование солнечной энергии автотрофами в процессе фотосинтеза и ее перераспределение.
  • Миграция и превращение газов биогенного происхождения.
  • Концентрация биогенных веществ живыми организмами.
  • Деструкция мертвой органики и возвращение неорганических веществ в круговорот.
  • Изменение химических показателей среды в условия, благоприятные для жизни.

Эволюция биосферы

Этапы развития компонентов биосферы называют биоэволюцией. Начался этот процесс с момента появления жизни на планете – с появления первых эукариотических (имеющих ядро) водорослей и бактерий 3,5 миллиарда лет назад. И эволюция продолжается, каждую секунду меняя облик планеты.

Биосфера, ноосфера, техносфера

Владимир Вернадский считал, что эволюция биосферы – это переход ее на новый уровень. И это – ноосфера (сфера разума). Это биосфера, которой разумно управляет человечество. Сегодня многие биологи вводят понятие техносфера, определяя ее как всю совокупность достижений научно-технического прогресса: от лопаты до космических летательных аппаратов. Считается, что техносфера пронизывает всю живую оболочку, кардинально меняя ее и разрывая природные циклы круговорота веществ в природе. Именно поэтому с 1990-х годов прошлого столетия принят ряд международных документов, переводящих развитие нашей цивилизации на рельсы устойчивого развития и экологичности прогресса.

И совсем не важно, из каких основных компонентов состоит биосфера, для человечества единственный путь выживания – это попытаться сохранить живую пленку нашей планеты. Беречь и заботиться о ней – миссия человечества как самого быстрого фактора эволюции биосферы.

Источник: FB.ru

Понятие о биосфере

В общем понимании данным термином принято обозначать все многообразие живых существ на нашей планете и продуктов, ими производимых. Однако структура биосферы строго разграничена, она имеет свои составляющие компоненты, пределы и выполняет определенные функции.

Дословно перевести термин можно как «сфера жизни». Это точно отражает суть. Вообще биосфера, ее структура и функции являются предметом изучения уже не одного поколения ученых. Но целостную теорию, учение сумел создать только В. И. Вернадский, который и определил данное понятие как совокупность всех существующих экосистем и продуктов их переработки.

История термина

Самым первым ученым, высказавшим мысль о том, что живые существа взаимодействуют друг с другом, вырабатывают продукты и тем самым оказывают влияние на окружающую среду и планету в целом, стал Жан Батист Ламарк. Еще в XVIII веке он указал на то, что биомасса принимает активное участие в формировании земной коры.

После него многие ученые, естествоиспытатели занимались изучением этого вопроса и подтверждали данное высказывание. Так, например, понятие биосферы, ее структура были описаны Эдуардом Зюссом в XIX веке. Однако многих фактов им учтено не было, поэтому целостной картины не получилось.

А вот наш русский ученый В. И. Вернадский и француз Тейяр де Шарден сумели создать настоящее объемное учение, давшее полную характеристику данного понятия, пояснившее, что такое биосфера, ее структура и границы. Основополагающую роль сыграл все же Вернадский.

Структура биосферы

К основным элементам, составляющим суть оболочки Земли, можно отнести разные типы веществ, находящиеся в ней. Вернадским выделяется горизонтальная и вертикальная структура биосферы. Первая включает в себя охват живыми существами всех возможных оболочек Земли. Можно рассмотреть структуру горизонтальной биосферы следующим образом:

  • Верхняя граница — нижний слой атмосферы (озоновый). От поверхности Земли приблизительно 10 километров. Выше ни один организм не жизнеспособен, так как действуют строгие ограничивающие пределы по концентрации кислорода и ультрафиолетового излучения. На подобной высоте способны к развитию и жизни только споры грибов и бактерий, попадающие туда из литосферы, гидросферы и так далее.
  • Нижняя граница — различна для литосферы и гидросферы. Почва (литосфера) может быть заселена представителями живой природы до глубины 7,5 км. Здесь встречаются такие организмы, как бактерии, споры грибов, простейшие. Лимитирующими факторами выступают давление, отсутствие кислорода и света, ограничение содержания воды.
  • Состав и структура биосферы также включает в себя гидросферу, причем до глубины 11 км. Все слои имеют важное значение, так как густо заселены живыми существами.

Типы обитателей водной оболочки

Гидросфера — это структура биосферы, которая включает в себя абсолютно все водные источники: океаны, моря, реки, озера, болота и так далее. Организмы по месту распределения в водной среде делятся на:

  • планктонные — заселяют поверхностные воды, движение осуществляется без затрат энергии током воды;
  • нектон — срединная часть водоемов;
  • бентосная часть — ее составляют те существа, которые живут на дне и зарываются в ил.

Структура биосферы, по Вернадскому, в нижней части земной коры ограничивается следами так называемых былых биосфер. Это ископаемые остатки, накопленные в массе, и сформировавшие горные и осадочные породы.

Живое вещество

Владимир Иванович Вернадский выделял несколько типов вещества, составляющего общую массу биосферы в целом. В первую очередь это живое вещество. Оно складывается из всей биомассы. То есть к данной группе можно отнести представителя абсолютно любого царства живой природы, в том числе и вирусы.

Элементарной структурой биосферы является биоценоз, который также включается в состав живого вещества. Человек и вся его деятельность, которая направлена на взаимосвязь с животными, растениями, микроорганизмами, также является частью живого вещества.

Эволюция и структура биосферы складываются таким образом, что распределение биомассы на планете неравномерно. Главная подавляющая часть живых существ находится в верхнем слое почвы, наземной среде жизни и приповерхностном океанском слое. Глубины гидро- и литосферы остаются малозаселенными местами.

Живое вещество, количество которого отражает структура биосферы, кратко можно распределить по массе следующим образом:

  1. Подавляющее большинство приходится на беспозвоночных животных, простейших и микроорганизмы.
  2. Второе место по распространенности занимают растения.
  3. Высшие позвоночные животные — самая малочисленная группа.
  4. Человек и вся его деятельность занимает особое положение в составе живого вещества биосферы.

При таком распределении продукция биомассы тем не менее разными группами вырабатывается в неодинаковом количестве. Так, основную часть необходимых веществ дают растения (около 92%). Меньше всего полезной продукции приносят беспозвоночные, хотя по численности и стоят на первом месте.

Вернадский отмечал, что биоценозы — это важная структурная часть биосферы, а все процессы, происходящие внутри них, — определяющие в живой природе и эволюции. Глядя на количественное распределение биомассы, становится очевидным, что преобладают несовершенные виды, те, которые находятся на более низкой ступени эволюции, более просто организованные и лучше всего приспособленные.

В целом же живое вещество биосферы играет определенную роль, которую можно выразить несколькими пунктами.

Функции живого вещества

Постоянная циркуляция атомов, молекул, соединений между элементами живой и неживой природы — это одна из основополагающих характеристик биосферы в целом. Преобразование энергии, сохранение постоянства состава, геологические новшества и преобразования — все это делается биомассой и в итоге является необходимым условием существования и формирования биосферы. Конкретно биомасса выполняет также и ряд других важных функций.

  1. Функция газообмена. Структура биосферы затрагивает достаточно значительную часть атмосферы. А она, в свою очередь, формируется под влиянием количества углекислого газа и кислорода. Известно, что газ, поддерживающий жизнь, вырабатывают для всех живых существ, в том числе и для себя, зеленые друзья нашей планеты — растения. Остальные живые организмы являются лишь потребителями и продуцентами углекислого газа. Тем не менее совместно биомасса оказывает значительное влияние на изменение компонентного состава атмосферного воздуха, то есть осуществляет газовую функцию.
  2. Концентрационная роль биомассы. Заключается в накоплении тех или иных соединений, атомов и молекул и передаче их в виде продуктов жизнедеятельности или после отмирания в неживую среду.
  3. Биохимическая функция. Современная наука в структуре биосферы важное место уделяет роли ноосферы. И она тесно связана с биохимическими преобразованиями, происходящими внутри живых организмов. Сам Вернадский определял ее как сферу разума и человеческих возможностей при действии на живую природу, ее состав и функционирование. То, что человек имеет возможность вмешиваться практически во все биохимические преобразования в живых системах, может управлять ими, подстраивать под себя и получать от этого выгоду, есть высшее достижение разума человека. Это и включают в себя ноосфера, а также любые механические, технические, генетические и мутагенетические воздействия, которые способны оказать люди на живой мир. Особое место ученый отводил способности людей охранять и оберегать живое, находить выходы из сложных ситуаций исчезновения и загрязнения окружающей среды.

Энергетическая, или окислительно-восстановительная функция

Основные продуценты энергии — это растения. Ведь именно они в процессе фотосинтеза способны поглощать солнечную энергию и переводить ее в другую форму, удобоваримую для остальных живых организмов — химические связи в соединениях запасного питательного вещества.

Далее для преобразования энергии подключаются животные, начинают работать экологические цепи питания, пирамиды. Итогом является накопление в геологических породах таких полезных ископаемых, богатых энергией химических соединений, как нефть, газ, уголь, торф и другие. Также часть энергии рассеивается в окружающую среду, создавая определенный атмосферный фон. Определение и структура биосферы сводятся к тому, что именно эта функция является наиболее значимой и важной.

Косное вещество

Еще один элемент, которым характеризуются биосфера, ее структура и функции, — это косное вещество. К такому относятся все соединения, предметы, материалы и так далее, в создании которых не принимали участие живые организмы. Типичным примером могут служить:

  • вулканические извержения (магма и ее продукты);
  • движения подземных плит и образуемые в результате вещества;
  • метеориты и другие космические находки на поверхности Земли.

В совокупности с живыми существами косное влияет на то, как формируется структура биосферы.

Биокосное вещество

К такому продукту следует относить совместный гармоничный результат производства живого и косного вещества. Например, почва, верхний плодородный слой земли, и более глубокие подпочвенные слои. Почва является средой жизни для огромного количества живых существ, но при этом в ее формировании принимают участие и горные породы, и тектонические движения плит, метеоритные остатки, химические соединения и другие компоненты.

Также к таким веществам можно отнести и воду, атмосферу, кору выветривания. Термин «биокосное вещество» ввел в обиход сам Вернадский в 1926 году. Сегодня создано много моделей, на которых отражена структура биосферы. Картинки на эту тему широко распространены.

Неживое биогенное вещество

По названию становится понятно, что в формировании данного материала принимали участие живые организмы, однако впоследствии он стал неживым. К таким биогенным веществам относятся:

  • нефть;
  • уголь;
  • торф;
  • сапропель;
  • различные руды;
  • мел и известняк и другие.

Таким образом, функциональная структура биосферы представлена не только оболочками планеты, но и основными типами веществ в пределах Земли.

Эволюция биосферы по Вернадскому

Конечно, рассмотрена нами структура биосферы кратко. Например, у Вернадского на описание основных ключевых моментов ушел не один год. Поэтому мы рассмотрели только общие черты.

Стоит еще заметить, что эволюционное развитие и формирование биосферы Вернадский описывал как процесс, длящийся с самого возникновения жизни на Земле. Поэтому и возраст ее такой же, как и геологический возраст нашей планеты.

Источник: www.syl.ru

Образовательные задачи: ознакомить учащихся с понятием “биосфера” как гигантской экологической системы земного шара, рассмотреть структуру биосферы, выявить её функции, выделить границы биосферы, роль живого вещества в биосфере.

Развивающие задачи: продолжить формирование умений выявлять основные компоненты биосферы, умение устанавливать связи между компонентами биосферы, делать выводы.

Воспитательные задачи: продолжить патриотическое воспитание на примере жизни и деятельности В.И. Вернадского, прививать учащимся бережное отношение к природе, раскрывать мероприятия правительства нашей страны по защите природной среды.

Оборудование: портрет В.И. Вернадского, таблица “Строение биосферы”, карта “Животный мир Земли”.

Ход урока

1. Организационный момент.

— приветствие;

— подготовка к работе;

— наличие учащихся.

2. Мотивация учебной деятельности.

— сообщение темы, цели занятия.

Взаимоотношения организма и среды всегда представляли научный интерес, и актуальны и в наше время.

3. Изучение нового.

Тема: Структура биосферы.

План

1. Биосфера, её состав.

2. Структура биосферы.

3. Границы биосферы.

4. Роль живого вещества.

5. Сообщение домашнего задания.

6. Подведение итогов урока.

— Оценить степень реализации поставленных целей.

— Оценить работу учеников.

7. Закрепление изученного материала. Тестирование.

Ход урока

1. Каждый живущий организм связан с окружающей средой потоками вещества и энергии, проходящими через его тело. Потребляя и выделяя вещество и энергию, живые организмы влияют на среду своего обитания. Результаты жизнедеятельности каждого отдельного существа могут быть невелики и малозаметны. Но все вместе они сливаются в мощную силу, преобразующую земную поверхность. Представление о том, что живые существа нашей планеты взаимодействуют с внешней средой и изменяют её, возникло давно на основе наблюдений природных явлений.

Сам термин “биосфера” предложил в 1875 году австрийский геолог Эдвард Зюсс, изучавший геологические оболочки планеты Земля. Однако он не развил представлений о биосфере и не дал термину обоснование.

Создал учение о биосфере русский учёный геохимик, философ, минералог Владимир Иванович Вернадский (1863-1945 гг.).

— Ссообщение учащегося “Биографические сведения о В.И. Вернадском”.

В.И.Вернадским было написано много книг. Первая книга вышла на французском языке “Геохимия” в 1927 году. В нашей стране в 1926 году в Ленинграде опубликована книга “Биосфера”. В 1927 году В.И.Вернадский открывает лабораторию по изучению биогеохимических процессов.

В 1949 году ему была присуждена Государственная премия 1-ой степени в области изучения биохимических процессов.

— Вспомните, когда возникла жизнь на Земле? (3 – 5 млрд. лет назад).

— Какие географические оболочки составляют биосферу?

Компоненты и функции биосферы

— Что является ограничивающим фактором для распространения жизни?

(Работа с рисунком учебника на стр. 217).

(Ограничивающим фактором является возможность существования условий для живых организмов).

— Дайте определение понятию “биогеоценоз”. (Совокупность популяций разных видов, населяющих определённую территорию и неорганических компонентов, в которой может поддерживаться круговорот веществ).

— Какие структурные компоненты составляют биогеоценоз? (Продуценты, консументы, редуценты).

— Какими свойствами обладают биогеоценозы? (Целостность, устойчивость, саморегуляция).

— Сравните два понятия “биогеоценоз” и “биосфера”. Какой вывод можно сделать?

Вывод: биосфера представляет собой гигантский биогеоценоз, который существует благодаря тесной взаимосвязи всех его структурных компонентов, представляет собой целостную и устойчивую систему, прошедшую длительный путь исторического развития.

— Каковы же границы биосферы? Покажите на таблице. Она составляет 20–40 км. Сопоставьте толщину биосферы с диаметром Земли – 14 тысяч км, она представляет собой тонкую плёнку.

— Определите ограничивающие факторы, обуславливающие границы жизни в биосфере: верхняя граница биосферы ограничена интенсивной концентрацией ультрафиолетовых лучей; нижняя – высокой температурой земных недр (свыше 100 градусов). На высоте 20 км можно обнаружить споры бактерий, а на глубине 3 км в водах – анаэробные бактерии.

— В какой части атмосферы сосредоточена жизнь? — В тропосфере и нижних слоях стратосферы.

— В какой части гидросферы сосредоточена жизнь? – Проникает на всю глубину Мирового океана до глубины 10-11 км.

— В какой части литосферы сосредоточена жизнь? – Проникает до глубин 3 – иногда 7 км.

Живые организмы, преобразуя солнечную энергию, являются мощной силой, влияющей на геологические процессы. Специфическая черта биосферы как оболочки Земли – непрерывно происходящий в ней круговорот веществ, регулируемый деятельностью живых организмов. Так как биосфера получает энергию извне – от Солнца, её называют открытой системой.

Биосфера включает:

1) Живое вещество – “совокупность всех живых организмов планеты, в данный момент существующих, численно выраженная в элементарном химическом составе, весе, энергии” (по В.И.Вернадскому).

Это вещество геохимически чрезвычайно активно, т.к. связано с окружающей средой биогенным потоком атомов при осуществлении процессов дыхания, питания, размножения. Благодаря этому потоку почти все химические элементы проходят в общей цепи превращений через биогеохимическое звено. Таким образом, жизнедеятельность организмов – это глубокий и мощный геологический процесс планетарного характера. Миграция химических элементов из организма в среду и обратно не прекращается ни на секунду. Эта миграция была бы невозможной, если бы элементарный химический состав организмов не был близок химическому составу земной коры.

В.И.Вернадский писал: “Организм имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена к нему”.

Благодаря зелёным хлорофиллоносным растениям, осуществляется процесс фотосинтеза, в биосфере создаются сложные по строению молекулы с большими запасами заключённой в них энергии. Без живого вещества работа солнечного луча сводилась бы лишь к перемещению газообразных, жидких и твёрдых тел по поверхности планеты и к временному их нагреванию. Живое вещество выступает в качестве аккумулятора и уникального трансформатора связанной лучистой энергии Солнца. Улавливание солнечной энергии осуществляется преимущественно растительным миром. Но в удержании и преобразовании её по земной поверхности, а также перенос из внешнего в более глубокие слои планеты принимает участие всё живое вещество. Этот процесс осуществляется благодаря размножению и последующему росту организмов. Скорость размножения их (по В.И.Вернадскому) “это скорость передачи в биосфере геохимической энергии”. Элементарной и структурной единицей биосферы является биогеоценоз. Живое вещество выполняет в биосфере следующие биогеохимические функции:

— энергетическую;

— газовую;

— окислительно-восстановительную;

— концентрационную.

Растения концентраторы – осока и хвощ – накопление кремния в тканях, капуста и щавель – источники йода и кальция.

Животные концентраторы – в скелете и мышцах океанических рыб – кальций и фосфор; в раковинах моллюсков – кальций. Организмы накопители на длительное время приостанавливают миграцию ряда элементов, выводят их из цикла обращения, обедняют живое вещество.

Вывод: живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой сложную систему преобразования энергии солнечных лучей в энергию геохимических процессов.

Живые организмы, регулируя круговорот веществ, служат мощным фактором, преобразующим поверхность нашей планеты.

2) Биогенное вещество – оно создаётся в процессе жизнедеятельности организмов (природный газ, нефть, сапропель, каменный и бурый уголь, торф, мел, известняк, горючие сланцы, руды железа и марганца).

3) Косное вещество – оно формируется без участия живых организмов (результаты движения земной коры, деятельность вулканов, метеориты).

4) Биокосное вещество – оно представляет собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (почва).

Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности земли, в почве и в приповерхностном слое океана.

Биомасса живых организмов суши представлена на 99,2% — зелёными растениями, и на 0,8 % животными и микроорганизмами. Биомасса океана такова: на долю растений приходится 6,3 %, на долю животных – 93,7 %. Величина биомассы для всей планеты составляет 3 – 1012 тонн, при этом на долю растений приходится 95 %, на долю животных — 5 %. В целом биомасса составляет лишь 0,01% массы всей биосферы.

По массе доля живого вещества составляет 0,01 – 0,02 % от массы косного вещества.

Работа с учебником: прочитайте текст на стр. 219. Ответьте на вопрос: Какой вклад в биомассу вносят растения, и какой – животные?

— Перечислите уровни организации живой материи и дайте им краткую характеристику. Уровни организации: молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, биогеноценотический, биосферный.

4. Домашнее задание: прочитать пар. 46, отвечать устно на вопросы в конце параграфа. Подготовить сообщения: о круговороте воды, круговороте углерода, круговороте азота, круговороте серы, круговороте фосфора.

5. Подведение итогов урока, оценивание ответов.

Учение о биосфере является важным достижением человечества. Впервые живая природа была взята в целом и рассмотрена со сторон суммарного значения и эффекта, производимого ею на окружающую среду. Биосфера – обще планетарная оболочка, состав, структура, энергетика которой обусловлена прошлой и современной деятельностью живого вещества. Живое вещество биосферы, выполняя геохимические функции (газовую, концентрационную, энергетическую, окислительно-восстановительную), создаёт и поддерживает компоненты биосферы.

6. Закрепление.

Выберите из предложенных суждений те, которые вы считаете правильными:

  1. Биосфера – это совокупность всех биогеоценозов.
  2. Биосфера – это открытая система.
  3. Живое вещество в биосфере выполняет биогеохимические и концентрационные функции.
  4. Высший уровень организации жизни на Земле – биогеоценотический.
  5. Нижняя граница обитания живых существ проходит в литосфере на глубине 2–3 км.
  6. Живые организмы, регулируя круговорот веществ, служат мощным геологическим фактором, преобразующим поверхность нашей планеты.
  7. Весь кислород атмосферы образован в результате жизнедеятельности автотрофных организмов.

Используемая литература

  1. С.Г.Мамонтов, В.Б.Захаров. Общая биология. Учебное пособие для средних специальных учебных заведений. – М., Высшая школа, 1986 г., стр. 224-227.
  2. С.Г.Мамонтов, В.Б.Захаров, Н.И.Сонин. Биология. Общие закономерности. 9 класс. Учеб. для общеобр. учреждений – М., Дрофа, 2003, стр. 216-221.
  3. Найджен Грин, Уилф Стаут, Денни с Тейлор. Биология в трёх томах, под редакцией Р. Сопера. Издательство “Мир”, 1993 г., том 2, стр. 79-81.
  4. В.Н.Гутина. Ещё раз об учении В.И.Вернадского. Биология в школе. 1997, №3, стр. 13-16.
  5. В.С.Чесноков. Владимир Иванович Вернадский. Биология в школе. 2004, №3, стр. 19-22.

Источник: urok.1sept.ru

Классификация веществ, входящих в состав биосферы

Основными компонентами биосферы являются: живое, косное, биокосное и биогенное вещества.

Живое вещество — важнейший компонент биосферы.

Живое вещество — совокупность всех живых организмов на Земле с их способностью к размножению и распространению на планете, к борьбе за пищу, воду, территорию, воздух.

На живое вещество (по массе) приходится ничтожная доля по сравнению с массой Земли. Для живого вещества характерны рост, активное перемещение, стремление заполнить все окружающее пространство. Кроме того, живому веществу присущи удивительное разнообразие форм, размеров и химического состава и, конечно же, эволюция.

Косное вещество представлено минералами (алмаз, изумруд, кварц) и горными породами (гранит, мрамор). Их образование происходило и происходит без участия живого вещества. Эти процессы связаны, например, с выветриванием горных пород, их механическим разрушением, извержениями вулканов. Между косным и живым веществами существует неразрывная взаимосвязь. Например, она осуществляется в процессе дыхания живого вещества. При этом происходит перемещение атомов из косных компонентов биосферы в живые и обратно. По массе косное вещество биосферы многократно превосходит массу живого вещества.

Биокосное вещество является особым веществом биосферы. Оно представлено почвой, всеми природными водами, корой выветривания. Данное вещество является результатом непрерывного взаимодействия живого вещества с косным.

Проявлением деятельности живого вещества по преобразованию земной коры является его участие в создании осадочных пород органического происхождения (каменный уголь, различные руды, известняки, нефть). Результат этой работы был назван В. И. Вернадским биогенным веществом биосферы. Биогенное вещество происходит от живого вещества в результате его жизнедеятельности или отмирания. Так на планете Земля создавались залежи многих полезных ископаемых: торфа, нефти, угля и др.

Биомасса поверхности суши, Мирового океана, почвы

Биомасса представляет собой общую массу животных, растений и микроорганизмов, присутствующих в биосфере. Полная биологическая масса Земли оценивается приблизительно в 2420 млрд т. Биомассы живого вещества (зеленых растений, животных и микроорганизмов) на суше материков и в Мировом океане существенно различаются:

Биомасса живого вещества планеты (в пересчете на сухое вещество)
Организмы Биомасса живого вещества
Материковая часть Мировой океан
млрд т % млрд т %
Зеленые растения 2400 99,2 0,2 6,3
Животные и микроорганизмы 20 0,8 3,0 93,7
Всего 2420 100 3,2 100

Как видно из таблицы, наибольшая масса живых организмов биосферы сосредоточена на материках (более 98,7 %). Вклад океанической части в общую биомассу невелик (около 0,13 %). На суше значительно преобладает живое вещество растений (более 99 %), в океане — животных (более 93 %). В то же время при сравнении их абсолютных значений: 2400 млрд т растений и 3 млрд т животных — видно, что живое вещество на планете в подавляющем большинстве представлено наземными зелеными растениями. Биомасса гетеротрофных организмов составляет всего около 1 %.

Биомасса суши увеличивается от полюсов к экватору. Наибольшая биомасса живого вещества суши сконцентрирована в тропических лесах. Они являются наиболее продуктивными сообществами материковой части биосферы.

Мировой океан занимает более 2/3 поверхности планеты. Биомасса в нем распространена неравномерно и представлена преимущественно в верхней части планктоном. Биомасса наземных растений в 1000 раз превосходит общую массу океанических живых организмов. В то же время именно Мировой океан считается самой продуктивной средой по созданию биомассы. Это связано с интенсивными темпами размножения микроскопических представителей фито- и зоопланктона, их быстрым ростом и короткой продолжительностью жизни. Поэтому общий объем первичной годовой продукции, образуемой продуцентами Мирового океана, сопоставим с объемом продукции растений суши.

Почва как среда обитания характеризуется собственной биомассой, поскольку тесно связана с жизнедеятельностью многих организмов. Биомасса почвы — совокупность живых организмов, обитающих в почве и играющих ведущую роль в процессе ее формирования. В почве много микроорганизмов, протистов, червей, разлагающих органическое вещество. В поверхностных слоях живут зеленые водоросли и цианобактерии, снабжающие почву кислородом в процессе фотосинтеза. Кроме того, в почве обитают муравьи, клещи, кроты, сурки, суслики и др. Все они ведут большую почвообразовательную работу, создавая плодородие почвы, а после гибели становятся источником органического вещества для бактерий. Биомасса почвы, подобно растительной биомассе, имеет тенденцию к увеличению от полюсов к экватору.

Биогеохимические функции живого вещества

Выделяют следующие важнейшие функции живого вещества на планете: энергетическую, газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную.

Энергетическая функция. Энергия является необходимым условием существования и развития биосферы. Энергетическая функция реализуется, прежде всего, зелеными растениями. Главным поставщиком энергии в биосферу является Солнце. Как вы уже знаете, растения в процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в химических связях разнообразных органических соединений. После этого растительные организмы перераспределяют ее между всеми компонентами биосферы. Отметим, что из всей поступающей в биосферу солнечной энергии только около 1 % используется продуцентами для фотосинтеза и далее передается потребителям в составе органического вещества. Остальное поглощается атмосферой, гидросферой и литосферой, а также участвует в протекающих в биосфере физических и химических процессах, например: движение воздушных масс, выветривание горных пород и др.

Газовая функция заключается в постоянно протекающем газообмене кислорода и углекислого газа между живыми организмами и окружающей средой в процессе фотосинтеза и дыхания. Такие газы, как азот, сероводород, метан, также могут являться продуктами жизнедеятельности живых организмов и иметь биогенное происхождение. Благодаря живым организмам в атмосфере нашей планеты поддерживается постоянство газового состава.

Окислительно-восстановительная функция заключается в многообразии химических реакций, протекающих в организме в процессе его жизнедеятельности. Она обусловлена наличием в составе живых организмов химических элементов с переменной степенью окисления (марганец, железо, хром). Благодаря им и обеспечивается многообразие протекающих в организме окислительновосстановительных процессов. В процессе синтеза органических веществ преобладают восстановительные реакции и происходят затраты энергии. А в процессе окисления и расщепления в присутствии кислорода преобладают окислительные реакции с выделением энергии. Таким образом, жизнь в биосфере представляет собой непрерывный синтез и распад органических веществ, которые объединяют все живые организмы на Земле.

Концентрационная функция — избирательное накопление живым веществом химических элементов, рассеянных в окружающей среде. Например, панцири диатомовых водорослей, скелеты животных, раковины моллюсков — все это проявления концентрационной функции живого вещества. Образование биогенного вещества биосферы в виде залежей полезных ископаемых также является результатом концентрационной функции живого вещества.

Основными компонентами биосферы являются: живое, косное, биокосное и биогенное вещества. Наибольшая масса живых организмов сосредоточена на материках, причем биомасса продуцентов суши значительно преобладает. В океанической части биосферы консументы по биомассе превышают продуцентов. Живые организмы планеты в процессе жизнедеятельности выполняют энергетическую, газовую, окислительно-восстановительную, концентрационную функции.

Источник: jbio.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.