Организмы выполняя в биосфере концентрационную функцию


Состав и границы биосферы

Земля, возникшая много миллиардов лет назад, в начале своего существования была горячей. Но с течением времени наша планета остыла и на ней образовались оболочки: литосфера, атмосфера, гидросфера, — которые непрерывно влияют друг на друга. Под воздействием воды происходят изменения рельефа суши. Теплые течения согревают атмосферу в тех местах, где они протекают; холодные наоборот — охлаждают. В виде пара и облаков вода постоянно находится в атмосфере. От рельефа местности зависит скорость и направление течения рек. В процессе извержении вулканов в атмосферу выбрасываются различные газы и вулканический пепел. От ветра зависит направление морских течений. Он также влияет на рельеф местности, особенно пустынь, покрытых песками. Количество осадков влияет на полноводность рек. Итак, между оболочками Земли существует постоянная связь. Они объединяются в целостную систему и создают условия, подходящие для живых организмов.


Живые организмы, в свою очередь, также оказывают влияние на оболочки Земли.

Первые живые существа возникли в воде и были гораздо проще по сравнению даже с простейшими существами, которые живут в настоящее время. Водоросли обогатили воду и воздух кислородом. Постепенно выходя на сушу, во влажных местах бактерии, одноклеточные животные и растения принимали участие в создании почвы. Таким образом создавались условия для жизни растений на суше. Растения обогатили воздух кислородом, способствовали созданию озонового экрана; используя солнечные лучи, создавали органические вещества, необходимые для животных. Постепенно живые организмы освоили все оболочки Земли. Они существенно изменили облик планеты: превратили верхнюю часть литосферы, создав почву; способствовали изменению состава атмосферы и гидросферы.

Живые организмы создают особую оболочку, которая проникает в другие сферы Земли и связывает все компоненты в крупнейшую экосистему — биосферу.

Биосфера — это оболочка Земли, которую образуют и на развитие которой влияют все живые организмы.

Верхняя граница биосферы находится в атмосфере, заселенной только до озонового экрана, так как низкие температуры и ультрафиолетовое излучение губительно действует на живых существ. Даже на высоте 20-25 км встречаются споры грибов, бактерии.

Гидросфера заселена полностью, но большее разнообразие организмов наблюдается в толще воды, куда проникает солнечный свет.


Нижняя граница биосферы проходит в литосфере. На глубинах 0,5 — 2 м от поверхности количество живых организмов быстро уменьшается. На глубине свыше 10 м. живые существа не встречаются, поскольку большая плотность среды и повышение температуры ограничивают возможность их существования. Но и здесь бывают исключения. В нефтяных месторождениях на глубине примерно 2-3 км были найдены бактерии.

Наибольшая плотность живых организмов на суше, поверхности воды океана и на его дне до глубины 200 м, куда еще поступают солнечные лучи. Именно на границе атмосферы, гидросферы и литосферы благоприятные условия для жизни.

Основные функции биосферы

Современная наука выделяет пять важнейших функций биосферы:

  1. энергетическую функцию, которая выполняется за счет использования растениями энергии солнца в процессе фотосинтеза. На собственные нужды организма в среднем расходуется 10—12% ассимилированной ими энергии. Остальная ее часть перераспределяется внутри экосистемы: частично распределяется между остальными компонентами биосферы, частично накапливается в отмершей органике, образуя залежи биогенного вещества (торфа, угля, нефти), а частично рассеивается в атмосфере.
  2. газовую функцию, которая обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ, сероводород, метан и др.

  3. концентрационную функцию, которая заключается в избирательном извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов из окружающей среды. Благодаря этой функции живые организмы могут служить для человека источником как полезных (витаминов, аминокислот), так и опасных для здоровья веществ (тяжелых металлов, радиоактивных элементов, ядохимикатов).
  4. деструктивную функцию, которая состоит в разложении, минерализации мертвого вещества, в химическом разложении горных пород, вовлечении образовавшихся минералов в биотический круговорот. Специальная группа организмов (редуцентов) деструкторов разлагает мертвое органическое вещество до простых неорганических соединений: углекислого газа, воды, сероводорода, метана, аммиака, которые затем вновь используются в начальном звене круговорота.
  5. средообразующую функцию, которая заключается в преобразовании физикохимических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в условия, максимально подходящие для существования живыхорганизмов. С известной долей условности можно утверждать, что эта функция является результатом совместного действия всех рассмотренных выше функций биосферы. В результате именно средообразующей функции образовался покров осадочных пород, был преобразован газовый состав атмосферы, изменился химический состав вод первичного океана, возник почвенный покров на поверхности суши.

Человек и биосфера

Появившись на Земле, человек получил от природы все необходимое для жизни: воздух, воду, пищу, почву, пригодную для земледелия, природные материалы для изготовления орудий труда и предметов быта.

За время своего существования на Земле человек очень долго была потребителем природных благ. Ему хватало чистой воды, чистого воздуха, плодородной почвы, рыбы в водоемах, зверей в лесах и степях; природных материалов было вполне достаточно для удовлетворения разнообразных потребностей. В то же время и самих людей на планете было сравнительно немного.

Но уже давно люди начали вмешиваться в жизнь естественных экосистем, разрушая их. Опустошив место жительства, люди кочевали в поисках новых, плодородных земель, богатых животными лесов. Убытки природы от деятельности человека все увеличивались.

Экосистемы сравнительно быстро преодолевали эти проблемы, восстанавливая и возрождая природные комплексы. Со временем численность человеческого населения на Земле росло. Появилась мощная техника, которую человек применял для удовлетворения своих потребностей, увеличилось влияние людей на окружающую среду. В результате деятельности человека изменяется состав атмосферы, гидросферы, литосферы. Любое вмешательство в биосферу меняет среду обитания, сказывается на жизнедеятельности организмов. Сейчас вред, который наносит человечество биосфере, может оказаться необратимым и непоправимым.


Человек давно заметил, что на бережное отношение природа всегда откликается. Примером положительной деятельности человека может быть создание парков, лесопарков, садов, скверов.

Карьеры, образовавшиеся после открытой разработки месторождений полезных ископаемых, существенно влияют на изменения рельефа. Но если засыпать их сначала шлаком, остающейся после сгорания угля на электростанциях, сверху покрыть слоем пустой шахтной породы и засыпать тонким слоем почвы, смешанным с золой из фильтров теплоэлектростанций, то на таком месте можно выращивать различные культурные растения.

Очистка воды в океане от загрязнения нефтью можно проводить с использованием бактерий, уменьшает вредное воздействие.

Для очистки пресных водоемов используются растения-санитары: водяной гиацинт, рогоз, хвощ болотный и другие.

Также важным вопросом на сегодня остается строительство очистных сооружений на производствах с вредными выбросами в атмосферу.

Человек может существовать только при использовании ресурсов биосферы. Мы должны познавать законы природы и использовать эти знания разумно. Человечество уже осознало необходимость научно обоснованного природопользования, когда достижения науки согласовывают деятельность человека и жизни природы. Это необходимые условия сохранения жизни на планете.

Охрана биосферы. Красная книга


Человек и биосфера неотделимы друг от друга. Функции биосферы обеспечивают человека необходимыми для жизни веществами и энергией. Человек заботится о биосфере: проявляет заботу о ее жителях, охраняет среду их обитания. Сейчас вопросы охраны биосферы волнует всех людей на Земле.

Международное сотрудничество по охране биосферы проявляется в создании таких организаций, как Гринпис, Общества по охране природы, Всемирного фонда охраны природы и других. Ученые обнаруживают виды и группировки организмов, которым угрожает опасность, выясняют, сколько их осталось в природе и где, разрабатывают мероприятия по охране окружающей среды. В 1948 при ООН была создана Комиссия по охране видов растений и животных, которые исчезают, а впоследствии — Международная Красная книга, в которую вошли данные о живых существах, которые оказались на грани вымирания.

В России первую Красную книгу выпустили в 1983 г. — это был том «Животные», а в 1988 г. к нему добавился том «Растения». Позже книга была переиздана в 2001 и в 2017 гг., каждый раз дополняясь. В Красную книгу занесено 8 видов земноводных, 21 вид пресмыкающихся, 128 видов птиц и 74 вида млекопитающих, всего вместе с беспозвоночными животными — 434 вида. Красная книга является государственным документом, который содержит сведения об исчезающих видах растений, животных, грибов и советы по приумножению их популяции.


Важный шаг на пути защиты и спасения природы — выделение территорий, где растения и животные сохраняются в неприкосновенности. Это создание заповедников, заказников, национальных парков. Сегодня в мире существует около 350 биосферных заповедников, 37 из которых расположены в России, крупнейшие это: Алтайский государственный природный биосферный заповедник, Кавказский государственный биосферный заповедник, Байкальский заповедник, Баргузинский заповедник, Брянский лес — государственный природный биосферный заповедник.

Заповедники — это территории, на которых запрещена любая хозяйственная деятельность человека; в них охраняются не только живые организмы, но и условия их существования.

Национальные природные парки — территории, которые охраняет государство, но здесь разрешен организованный туризм и учебные экскурсии.

Заказники — территории, на которых охраняются определенные виды животных и растений. Они создаются на определенный срок, пока не исчезнет угроза для организмов, взятых под охрану.


Образование в области окружающей среды рассматривается ныне педагогической общественностью как непрерывный процесс, охватывающий все возрастные, социальные и профессиональные группы населения. Однако ее центральным звеном является школа, так как именно в школьные годы формирования личности происходит наиболее интенсивно.

Источник: www.polnaja-jenciklopedija.ru

Живое вещество —

по составу есть вся совокупность живых организмов, обитающих в биосфере. Живое вещество имеет биомассу, обладает продуктивностью и имеет особенные по сравнению с косным веществом свойства. Эти свойства обеспечивают важнейшие функции живого вещества.

1. Энергетическая функция. Она определяется свойствами светочувствительного вещества хлорофилла зеленых растений, с помощью которого растения улавливают, аккумулируют солнечную энер-гию, преобразуют ее в энергию химических связей молекул органических веществ. Органические вещества, созданные зелеными растениями, служат источником энергии для представителей иных царств живых существ.

2. Транспортная функция. Пищевые взаимодействия живого вещества приводят к перемещению огромных масс химических элементов и веществ против сил тяжести и в горизонтальном направле-нии. В этом перемещении заключается транспортная функция живого вещества.


3. Деструктивная функция. Минерализация органических веществ, разложение отмершей органики до простых неорганических соединений определяет деструктивную функцию живого вещества. Данную функцию в основном выполняют грибы, бактерии.

4. Концентрационная функция есть накопление определенных веществ в живых существах. Раковины моллюсков, панцири диатомовых водорослей, скелеты животных — все это примеры проявления концентрационной функции живого вещества.

5. Живое вещество преобразует физико-химические параметры среды. В этом проявляется еще одна главная функция живого вещества — средообразующая. Например, леса регулируют поверхност-ный сток, увеличивают влажность воздуха, обогащают атмосферу кислородом.

 

6. Газовые функции заключаются в участии живых организмов в миграции газов и их превращениях. В зависимости от того, о каких газах идет речь, выделяется несколько газовых функций. Кислородно-диоксидуглеродная – создание основной массы свободного кислорода на планете. Носителем данной функции является каждый зеленый организм. Выделение кислорода идет только при солнечном свете, ночью этот фотохимический процесс сменяется выделением зелеными растениями углекислого газа.2. Диоксидуглеродная, не зависимая от кислородной – образование биогенной угольной кислоты как следствие дыхания животных, грибов и бактерий.


ачение функции возрастает в области подземной тропосферы, не имеющей кислорода.3. Озонная и пероксидводородная – образование озона (и, возможно, пероксида водорода). Биогенный кислород, переходя в озон, предохраняет жизнь от разрушительного действия радиации Солнца. Выполнение этой функции вызвало образование защитного озонового экрана.4. Азотная – создание основной массы свободного азота тропосферы за счет выделения его азотовыделяющими бактериями при разложении органического вещества. Реакция происходит в условиях как суши, так и океана.5. Углеводородная – осуществление превращений многих биогенных газов, роль которых в биосфере огромна. К их числу относятся, например, природный газ, терпены, содержащиеся в эфирных маслах, скипидаре и обусловливающие аромат цветов, запах хвойных.

7. С газовой функцией живого вещества тесно связана окислительно- восстановительная функция. Существуют микроорганизмы, получающие энергию для жизненных процессов из минералов путем хемосинтеза; их значение в образовании минералов, содержащих азот, железо, серу и другие элементы, огромно. Так, железобактерии, окисляющие железо, способствуют образованию осадочных железных руд, серобактерии, восстанавливая сульфаты, образовали месторождения серы и т.д.

8. I биохимическая – связана с питанием, дыханием, размножением организмов.

9. II биохимическая – связана с постмортальным разрушением тел живых организмов. При этом происходит ряд биохимических превращений: живое тело – биокосное – косное.

Система связей в биосфере чрезвычайно сложна и пока что расшифрована лишь в общих чертах. В целом биосфера очень похожа на единый гигантский суперорганизм, в котором автоматически поддерживается гомеостаз — динамическое постоянство физико-химических и биологических свойств внутренней среды и стойкость основных функций. С точки зрения кибернетики в каждом биоценозе, т.е. совокупности организмов, которые населяют определенный участок суши или водоема, есть управляющая и управляемая подсистемы. Роль управляющей подсистемы выполняют консументы. Они не разрешают растениям слишком разрастаться, поедая «лишнюю» биомассу. За травоядными «следят» хищники, предотвращая их чрезмерное размножение и уничтожение растительности. Управляющей подсистемой для этих хищников являются хищники второго рода и паразиты, которыми «руководят» сверхпаразиты, и т.д.Кроме энергетических, пищевых и химических связей, огромную роль в биосфере играют информационные связи. Живые существа Земли освоили все виды информации — зрительную, звуковую, химическую, электромагнитную. Информационные сигналы содержат важные сведения в закодированной форме. Они расшифровываются и учитываются живыми организмами. Эти процессы в них осуществляются путем общего энергоинформационного обмена. Живые системы могут также обрабатывать, накапливать и использовать информацию в отдельности от энергии. Российский биолог О. Пресман определяет биосферу как систему, в которой вещественно-энергетические взаимодействия подчинены взаимодействиям информационным. Примером информационных связей в биосфере может быть явление снижения интенсивности размножения животных в случае чрезмерной плотности популяции. Не всегда это обусловлено недостатком корма или загрязнением среды вредными отходами жизнедеятельности. Результаты опытов свидетельствуют, что уменьшение потомства у млекопитающих или снижение яйценоскости у птиц происходит вследствие «перенаселения» территории. Структурно биосфера представляет собой совокупность функционально связанных и иерархически соподчиненных единиц — экосистем. Такой взгляд на биосферу вытекает из принципа системности — основного принципа современного научного знания. Именно потому что отдельные составляющие — экосистемы — функциональны, а не хаотично структурны, возникает системная целостность. В связи с этим одно из наиболее катастрофичных последствий деятельности человека связано с разрушением структуры экосистем и, следовательно, с разрушением структуры биосферы в целом.

 

Источник: studopedia.ru

По­яс­не­ние.

Функ­ции жи­во­го ве­ще­ства био­сфе­ры: транс­порт­ная, сре­до­об­ра­зу­ю­щая, энер­ге­ти­че­ская.

 

Ответ: 146.

 

При­ме­ча­ние.

Функ­ции жи­во­го ве­ще­ства.

По Вер­над­ско­му — де­вять: га­зо­вая, кис­ло­род­ная, окис­ли­тель­ная, каль­ци­е­вая, вос­ста­но­ви­тель­ная, кон­цен­тра­ци­он­ная, функ­ция раз­ру­ше­ния ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний, функ­ция вос­ста­но­ви­тель­но­го раз­ло­же­ния, функ­ция ме­та­бо­лиз­ма и ды­ха­ния ор­га­низ­мов. В на­сто­я­щее время с уче­том новых ис­сле­до­ва­ний раз­ли­ча­ют сле­ду­ю­щие функ­ции.

Био­гео­хи­ми­че­ская функ­ция че­ло­ве­че­ства — со­зда­ние и пре­вра­ще­ние ве­ществ че­ло­ве­че­ством.

Энер­ге­ти­че­ская функ­ция. По­гло­ще­ние сол­неч­ной энер­гии при фо­то­син­те­зе и хи­ми­че­ской энер­гии при раз­ло­же­нии энер­го­на­сы­щен­ных ве­ществ, пе­ре­да­ча энер­гии по пи­ще­вым цепям (ис­поль­зу­ет­ся ге­те­ро­тро­фа­ми). По­гло­щен­ная энер­гия рас­пре­де­ля­ет­ся внут­ри эко­си­сте­мы между жи­вы­ми ор­га­низ­ма­ми в виде пищи. Ча­стич­но энер­гия рас­се­и­ва­ет­ся в виде тепла, а ча­стич­но на­кап­ли­ва­ет­ся в от­мер­шем ор­га­ни­че­ском ве­ще­стве и пе­ре­хо­дит в ис­ко­па­е­мое со­сто­я­ние. Так об­ра­зо­ва­лись за­ле­жи торфа, ка­мен­но­го угля, нефти и дру­гих го­рю­чих по­лез­ных ис­ко­па­е­мых.

Де­струк­тив­ная функ­ция. Эта функ­ция со­сто­ит в раз­ло­же­нии, ми­не­ра­ли­за­ции мерт­во­го ор­га­ни­че­ско­го ве­ще­ства, хи­ми­че­ском раз­ло­же­нии гор­ных пород, во­вле­че­нии об­ра­зо­вав­ших­ся ми­не­ра­лов в био­ти­че­ский кру­го­во­рот, т.е. обу­слов­ли­ва­ет пре­вра­ще­ние жи­во­го ве­ще­ства в кос­ное. В ре­зуль­та­те об­ра­зу­ют­ся также био­ген­ное и био­кос­ное ве­ще­ство био­сфе­ры. На ска­лах — бак­те­рии, си­не­зе­ле­ные во­до­рос­ли, грибы и ли­шай­ни­ки — ока­зы­ва­ют на гор­ные по­ро­ды силь­ней­шее хи­ми­че­ское воз­дей­ствие рас­тво­ра­ми це­ло­го ком­плек­са кис­лот — уголь­ной, азот­ной, сер­ной и раз­но­об­раз­ных ор­га­ни­че­ских. Раз­ла­гая с их по­мо­щью те или иные ми­не­ра­лы, ор­га­низ­мы из­би­ра­тель­но из­вле­ка­ют и вклю­ча­ют в био­ти­че­ский кру­го­во­рот важ­ней­шие пи­та­тель­ные эле­мен­ты — каль­ций, калий, на­трий, фос­фор, крем­ний, мик­ро­эле­мен­ты.

Кон­цен­тра­ци­он­ная функ­ция. Так на­зы­ва­ет­ся из­би­ра­тель­ное на­коп­ле­ние в ходе жиз­не­де­я­тель­но­сти опре­де­лен­ных видов ве­ществ для по­стро­е­ния тела ор­га­низ­ма или уда­ля­е­мых из него при ме­та­бо­лиз­ме. В ре­зуль­та­те кон­цен­тра­ци­он­ной функ­ции живые ор­га­низ­мы из­вле­ка­ют и на­кап­ли­ва­ют био­ген­ные эле­мен­ты окру­жа­ю­щей среды. В со­ста­ве жи­во­го ве­ще­ства пре­об­ла­да­ют атомы лег­ких эле­мен­тов: во­до­ро­да, уг­ле­ро­да, азота, кис­ло­ро­да, на­трия, маг­ния, крем­ния, серы, хлора, калия, каль­ция, же­ле­за, алю­ми­ния. Уг­ле­род: из­вест­ня­ки, мел, уголь, нефть, битум, торф, го­рю­чие слан­цы (са­про­пель+гумус), са­про­пель (мно­го­ве­ко­вые дон­ные от­ло­же­ния прес­но­вод­ных во­до­е­мов — ил). От­дель­ные виды яв­ля­ют­ся спе­ци­фи­че­ски­ми кон­цен­тра­то­ра­ми не­ко­то­рых эле­мен­тов: мор­ская ка­пу­ста (ла­ми­на­рия) — йода, лю­ти­ки — лития, ряска — радия, ди­а­то­мо­вые во­до­рос­ли и злаки — крем­ния, мол­люс­ки и ра­ко­об­раз­ные — меди, по­зво­ноч­ные — же­ле­за, бак­те­рии — мар­ган­ца и т. д.

На­ря­ду с кон­цен­тра­ци­он­ной функ­ци­ей жи­во­го ор­га­низ­ма ве­ще­ства вы­де­ля­ет­ся про­ти­во­по­лож­ная ей по ре­зуль­та­там — рас­се­и­ва­ю­щая. Она про­яв­ля­ет­ся через тро­фи­че­скую и транс­порт­ную де­я­тель­ность ор­га­низ­мов. На­при­мер, рас­се­и­ва­ние ве­ще­ства при вы­де­ле­нии ор­га­низ­ма­ми экс­кре­мен­тов, ги­бе­ли ор­га­низ­мов при раз­но­го рода пе­ре­ме­ще­ни­ях в про­стран­стве, смене по­кро­вов. Же­ле­зо ге­мо­гло­би­на крови рас­се­и­ва­ет­ся, на­при­мер, через кро­во­со­су­щих на­се­ко­мых.

Сре­до­об­ра­зу­ю­щая функ­ция. Пре­об­ра­зо­ва­ние фи­зи­ко-хи­ми­че­ских па­ра­мет­ров среды (ли­то­сфе­ры, гид­ро­сфе­ры, ат­мо­сфе­ры) в ре­зуль­та­те про­цес­сов жиз­не­де­я­тель­но­сти в усло­ви­ях, бла­го­при­ят­ных для су­ще­ство­ва­ния ор­га­низ­мов.

Эта функ­ция яв­ля­ет­ся сов­мест­ным ре­зуль­та­том рас­смот­рен­ных выше функ­ций жи­во­го ве­ще­ства: энер­ге­ти­че­ская функ­ция обес­пе­чи­ва­ет энер­ги­ей все зве­нья био­ло­ги­че­ско­го кру­го­во­ро­та; де­струк­тив­ная и кон­цен­тра­ци­он­ная спо­соб­ству­ют из­вле­че­нию из при­род­ной среды и на­коп­ле­нию рас­се­ян­ных, но жиз­нен­но важ­ных для живых ор­га­низ­мов эле­мен­тов. Очень важно от­ме­тить, что в ре­зуль­та­те сре­до­об­ра­зу­ю­щей функ­ции в гео­гра­фи­че­ской обо­лоч­ке про­изо­шли сле­ду­ю­щие важ­ней­шие со­бы­тия: был пре­об­ра­зо­ван га­зо­вый со­став пер­вич­ной ат­мо­сфе­ры, из­ме­нил­ся хи­ми­че­ский со­став вод пер­вич­но­го оке­а­на, об­ра­зо­ва­лась толща оса­доч­ных пород в ли­то­сфе­ре, на по­верх­но­сти суши воз­ник пло­до­род­ный поч­вен­ный по­кров.

Рас­смот­рен­ные че­ты­ре функ­ции жи­во­го ве­ще­ства яв­ля­ют­ся глав­ны­ми, опре­де­ля­ю­щи­ми функ­ци­я­ми. Можно вы­де­лить еще не­ко­то­рые функ­ции жи­во­го ве­ще­ства, на­при­мер:

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 со­зда­ют­ся ос­нов­ные газы: азот, кис­ло­род, уг­ле­кис­лый газ, се­ро­во­до­род, метан и др. На­ру­ше­ние СО2 => пар­ни­ко­вый эф­фект.

Окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ная функ­ция за­клю­ча­ет­ся в хи­ми­че­ском пре­вра­ще­нии глав­ным об­ра­зом тех ве­ществ, ко­то­рые со­дер­жат атомы с пе­ре­мен­ной сте­пе­нью окис­ле­ния (со­еди­не­ния же­ле­за, мар­ган­ца, азота и др.). При этом на по­верх­но­сти Земли пре­об­ла­да­ют био­ген­ные про­цес­сы окис­ле­ния и вос­ста­нов­ле­ния.

Транс­порт­ная функ­ция — пе­ре­нос ве­ще­ства про­тив силы тя­же­сти и в го­ри­зон­таль­ном на­прав­ле­нии. Еще со вре­мен Нью­то­на из­вест­но, что пе­ре­ме­ще­ние по­то­ков ве­ще­ства на нашей пла­не­те опре­де­ля­ет­ся силой зем­но­го тя­го­те­ния. Не­жи­вое ве­ще­ство само по себе пе­ре­ме­ща­ет­ся по на­клон­ной плос­ко­сти ис­клю­чи­тель­но свер­ху вниз. Толь­ко в этом на­прав­ле­нии дви­жут­ся реки, лед­ни­ки, ла­ви­ны, осыпи. Живое ве­ще­ство — един­ствен­ный фак­тор, обу­слов­ли­ва­ю­щий об­рат­ное пе­ре­ме­ще­ние ве­ще­ства — снизу вверх, из оке­а­на — на кон­ти­нен­ты.

За счет ак­тив­но­го пе­ре­дви­же­ния живые ор­га­низ­мы могут пе­ре­ме­щать раз­лич­ные ве­ще­ства или атомы в го­ри­зон­таль­ном на­прав­ле­нии, на­при­мер за счет раз­лич­ных видов ми­гра­ций. Пе­ре­ме­ще­ние, или ми­гра­цию, хи­ми­че­ских ве­ществ живым ве­ще­ством Вер­над­ский на­звал био­ген­ной ми­гра­ци­ей ато­мов или ве­ще­ства.

Источник: bio-ege.sdamgia.ru

Главная функция биосферы безусловно заключается в обеспечении круговоротов химических элементов. Все функции биосферы так или иначе предопределены деятельностью живого вещества в биосфере, которые в определенной степени условно можно свести к нескольким основополагающим функциям. В.И. Вернадским отмечал, что все без исключения геохимические фун­кции живого вещества в биосфере могут выполняться простейшими одноклеточными организмами. Однако одна форма жизни не может выполнять все геохимические функции. Именно поэтому, в ходе геологическо­го времени, происходила смена разных организмов, которые замещали друг друга в исполнении функции без изменения самой функции. Ученым было выделено девять биогеохимических функций биосферы:

— газовая (все газы атмосферы создаются и изменяются био­генным путем);

— кислородная (образование свободного кислорода);

— окислительная (окисление бедных кислородом соединений);

— кальциевая (выделение кальция в виде чистых солей);

— восстановительная (создание сульфидов металлов и серово­дорода);

— концентрационная (скопление элементов рассеянных в ок­ружающей среде);

— функция разрушения органических соединений (разложение с выделением воды, углекислого газа и азота);

— функция восстановительного разложения (образование серо­водорода, метана, водорода и т. п.);

— функция метаболизма и дыхания (поглощение кислорода и воды, выделение углекислого газа с миграцией органических элемен­тов).

Современная классификация несколько видоизменена — некоторые биогеохимические функции объединены, а часть переименована. Наиболее современной является классификация, предложенная А.В. Лапо[8], в которой выделены следующие функции: газовая; энергетическая; окислительно-восстановительная; концентрационная; деструктивная; транспортная; средообразующая; рассеивающая.

Газовая функция. Под газовой функцией понимается способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. В частности, включение углерода в процессы фотосинтеза, а затем в цепи питания обусловливало аккумуляцию его в биогенном веществе (органические остатки, известняки и т.п.) В результате этого шло постепенное уменьшение содержания углерода и его соединений, прежде всего двуокиси (СО2) в атмосфере с десятков процентов до современных 0,03%. Это же относится к накоплению в атмосфере кислорода, синтезу озона и другим процессам.

С газовой функцией в настоящее время связывают два переломных периода (точки) в развитии биосферы. Первая из них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1% от современного уровня (первая точка Пастера). Это обусловило появление первых аэробных организмов (способных жить только в среде, содержащей кислород). С этого времени восстановительные процессы в биосфере стали дополняться окислительными. Это произошло примерно 1,2 млрд. лет назад. Второй переломный период в содержании кислорода связывают со временем, когда концентрация его достигла примерно 10 % от современной (вторая точка Пастера). Это создало условия для синтеза озона и образования озонового экрана в верхних слоях атмосферы, что обусловило возможность освоения организмами суши (до этого функцию защиты организмов от губительных ультрафиолетовых лучей выполняла вода, под слоем которой возможна была жизнь).



В ходе эволюции регуляция газового состава осуществлялась как в результате жизнедеятельности организмов и при разложении их остатков, так и при процессах метаморфизации и вулканизма. Выделяемый диоксид углерода живыми организмами и образующийся в ходе различных превращений в неживой природе (например, сжигание топлива) в ходе фотосинтеза СО2 связывается наземными и водными растениями, с образованием кислорода. Так, например, зеленая масса насаждений на площади 1 га способна производить до 70 т кислорода за вегетационный период. Вернадский считал, что большинство газов, выделяемых при метаморфизме горных пород и извержении вулканов, по своему происхождению биогенны, т.к. являются преобразованными продуктами жизнедеятельности организмов.

Энергетическая функция. Эта функция определяется свойствами светочувствительного вещества — хлорофилла зеленых растений, благодаря которому растения способны улавливать, ассимилировать, трансформировать и аккумулировать солнечную энергию, преобразуя ее в энергию химических связей молекул органических веществ. Органические вещества, созданные зелеными растениями, служат источником энергии для представителей иных царств живых существ.

С энергетической точки зрения образова­ние живого вещества — это процесс поглощения солнечной энергии, которая в потенциальной форме аккумулируется в свободном кисло­роде и органических соединениях. Фотосинтез является первичным источником всей биомассы планеты, в том числе органических ископаемых. Наземная и водная растительность планеты способна аккумулировать в течение 1 года 31021 Ккал. энергии Солнца (примерно в 100 раз больше, чем вырабатывается во всем мире). Минерализация органических со­единений как внутри живых организмов, так и во внешней среде со­провождается освобождением энергии, поглощенной при фотосинтезе. Энергия освобождается не только в тепловой, но и химической форме, носителями которой служат природные воды: обогащаясь СО2, Н2S и другими продуктами минерализации, воды становятся химически вы­сокоактивными, преобразуя компоненты неживой природы. Бла­годаря автотрофам солнечная энергия не просто отражается от по­верхности Земли, а глубоко проникает вглубь земной коры.

Окислительно-восстановительная функция. Функция связана с интенсификацией под влиянием живого вещества таких процессов как окисление (благодаря обогащению среды кислородом), так и восстановление элементовс переменной валентностью, таких как азот, сера, железо, марганец и др., и прежде всего в тех случаях, когда идет разложение органических веществ при дефиците кислорода. Восстановительные процессы обычно сопровождаются образованием и накоплением сероводорода, а также метана. Это, в частности, делает практически безжизненными глубинные слои болот, а также значительные придонные толщи воды (например, в Черном море).

Микроорганизмы-восстановители гетеротрофны и используют в качестве источника энергии готовые органические вещества. К ним относятся, например,

— денитрифицирующие бактерии, восстанавливающие из окисленных форм азот до элементарного состояния;

сульфатредуцирующие бактерии, восстанавливающие из окисленных форм серу до сероводорода (H2S).

Микроорганизмы-окислителимогут быть какавтотрофами,так игетеротрофами. Это бактерии, окисляющие сероводород и серу, и нитрофицирующие микроорганизмы, железные и марганцевые бактерии, концентрирующие эти металлы в своих клетках.

Геологические результаты деятельности этих организмов проявляются в образовании осадочных месторождений серы, образовании залежей сульфидов металлов, возникновение железных и железомарганцевых руд.

Концентрационная функция. Концентрационная функция есть накопление определенных веществ в живых существах. Раковины моллюсков, панцири диатомовых водорослей, скелеты животных — все это примеры проявления концентрационной функции живого вещества.

Данная функция связана с избирательным поглоще­нием веществ из внешней среды. Это может быть концентрация в ион­ной форме из истинных растворов (так строят скелет морские беспо­звоночные) или из коллоидных растворов фильтрующими организма­ми. Организмы массами извлекают из ненасыщенных растворов угле­кислые соли кальция, магния и стронция, кремнезем, фосфаты, йод, фтор и др. Водоросли концентрируют элементы, содержащиеся в среде в концентрациях не менее 10 мг/л, более энергично действуют бакте­рии. Животные потребляют их из живого вещества автотрофов, кон­центрация многих элементов в них выше, чем в автотрофах. Некото­рые элементы сильно концентрируются в продуктах выделения жи­вотных (например, содержание урана в гуано[9] побережья Перу в 10 тыс. раз выше, чем в морской воде). Некоторые элементы концентрируются очень немногими организмами, но в значительных количествах, например редкий элемент ванадий входит в состав крови примитивных хордовых — асцидий, их культивируют в Японии. В Новой Зеландии нашли кустарник, в золе листьев которого содержится до 1% никеля.

Для оценки степени концентрации элементов живыми организ­мами применяют коэффициент биологического поглощения. Если раз­делить содержание элементов в золе наземных растений на их процент в почве, то полученные коэффициенты составят для кальция, натрия, калия магния, стронция, цинка, бора, селена единицы и десятки, а для фосфора, серы, хлора, йода и брома десятки и сотни.

У морских орга­низмов отношение содержания металлов на сухой вес к их содержа­нию в морской воде измеряется десятками и сотнями тысяч (для тита­на железа, марганца, никеля и кобальта), а иногда и превышают мил­лион (хром). В целом говорят о биофильности элементов биосферы: отношения их среднего содержания в живом веществе к содержанию данного элемента в литосфере. Наибольшей биофильностью характе­ризуется углерод, менее биофильны азот и водород.

Концентрация химических элементов живым веществом может проявляться в виде морфологически оформленных минеральных обра­зований и в виде органоминеральных соединений. Минеральные обра­зования являются продуктами секреции специальных желез, мине­ральный скелет живых организмов может быть карбонатный, фосфат­ный, сульфатный, образованный гидратами, гидроокисями и силика­тами. Скелет животных может быть внутренним и наружным. Мине­ральная составляющая высших растений представлена фитолитами — продуктами выделения в виде кристаллов или округлых включений, состоящих из кремнезема или щавелевокислого кальция. Некоторые многоклеточные водоросли предпочитают подпорки из карбоната кальция. У некоторых животных скелет может быть построен из двух минералов, а иногда в их теле представлен и какой-нибудь третий ми­нерал. Например, у некоторых моллюсков раковины сложены из ара­гонита и кальцита, а жевательный аппарат инкрустирован кристаллами гетита — гидрата окиси железа.

Наибольшее количество минералов образуют многоклеточные животные: моллюски (20 минералов) и позвоночные (17). Большинст­во минеральных образований плохо растворимо в морской воде и по­сле отмирания организмов накапливается в осадках. Органоминераль­ные образования быстро разлагаются и вновь включаются в биологи­ческий круговорот.

Рассеивающая функция – функция живого вещества противоположная по результатам концентрационной функции. Она проявляется через трофическую (питательную) и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов при разного рода перемещениях в пространстве, смене покровов. Железо гемоглобина крови рассеивается, например, кровососущими насекомыми и т. п.

Деструктивная функция. Основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ. Минерализация органических веществ, разложение отмершей органики до простых неорганических соединений определяет деструктивную функцию живого вещества. За счет жизнедеятельности огромного числа гетеротрофов, в основном грибов, животных и микроорганизмов, происходит гигантская в масштабах всей Земли, работа по разложению органических остатков. С учетом потребности в кислороде выделяют 2 основных типа процессов разложения: аэробное дыхание[10] и анаэробное[11] дыхание.

Аэробное дыхание – это процесс обратный "нормальному фотосинтезу". В этом процессе синтезированное органическое вещество {СН2O}n вновь разлагается с образованием СО2 и H2О и с высвобождением энергии. Все высшие растения и животные и большинство микроорганизмов получают энергию для поддержания жизнедеятельности и построения клеток именно с помощью этого процесса.

Анаэробное (бескислородное) дыхание служит основой жизнедеятельности главным образом у сапрофагов (бактерии, дрожжи, плесневые грибы, простейшие), хотя, как звено метаболизма, оно может встречаться и в некоторых тканях высших животных. Хороший пример облигатных анаэробов — метановые бактерии, которые разлагают органические соединения, образуя метан путем восстановления, либо органического углерода, либо углерода карбонатов. К общеизвестным организмам, использующим брожение, относятся дрожжи, в изобилии встречаются в почве, где играют ключевую роль в разложении растительных остатков.

Многие группы бактерий (например, факультативные анаэробы) способны и к аэробному и к анаэробному дыханию. Однако конечные продукты этих двух процессов различны, и количество высвобождающейся энергии при анаэробном дыхании значительно меньше. Итак, при деструкции органической массы протекают два параллельных процесса разложение органических соединений:

— в конечном счете до углекислого газа, аммиака и воды в аэробных условиях, а

— в анаэробных условиях еще и до водорода и углеводородов, что представляет собой процесс минерализации. Продукты минерализации вновь используются автотрофами.

Процесс разложения органических веществ, характерен для всех частей биосферы, где есть живые организмы. Часть органического вещества, попадая в условия, неблагоприятные для деятельности деструкторов, захоранивается и консервируется в составе осадочных пород, именно эта некоторая несбалансированность процессов синтеза и разложения органических веществ в биосфере определила кислородный режим современной воздушной оболочки Земли.

Однако процесс разложения имеет место не только для органического вещества, разлагается также и неорганическое вещество. Например, "сверлящие’’ цианобактерии и некоторые водоросли селятся на карбонатных породах, возвращая в биологический круговорот каль­ций, магний, фосфор. Коралловые рифы разгрызаются некоторыми рыбами и морскими ежами, которые поглощают карбонаты кальция, а извергают известковый ил. Алюмосиликаты разлагаются при химиче­ском воздействии: цианобактерии, бактерии, грибы, лишайники воз­действуют на горные породы растворами угольной, азотной, серной кислот (с концентрацией до 10%). Корни елей на бедных почвах также выделяют сильные кислоты. Химически разлагаются в биосфере као­лин, апатит и многие другие минералы. Разлагая минералы, организмы избирательно поглощают из них макро- и микроэлементы. Так, слоновая трава в африканских сава­нах извлекает с 1 га за год 250 кг кремния и 80 кг щелочных и щелоч­ноземельных элементов, а растительность джунглей — даже 8 т крем­ния.

Транспортная функция. Транспортная функция связана с переносом вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Часто такой перенос осуществляется на колоссальные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных. С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например, в местах их скопления (птичьи базары и другие колониальные поселения). Пищевые взаимодействия живого вещества приводят к перемещению огромных масс химических элементов и веществ как против сил тяжести, так и в горизонтальном направлении, в то время как не­живое вещество в биосфере перемещается только под действием силы тяже­сти, исключительно сверху вниз. Живое вещество – единственный (помимо поверхностного натяжения) фактор, обусловливающий обратное перемещение вещества – снизу вверх (например, растения перемещают растворы из подземных органов в надземные), против уклона местности, из океана – на континент, реализующий, восходящую ветвь биохимических циклов. В горизонтальном перемещении веществ главную роль играют птицы, крылатые насекомые, а также стаи морских рыб, поднимающихся на нерест вверх по рекам. Перенос вещества при этом сопоставим с дей­ствием смерчей и ураганов.

В обобщающем виде роль живого вещества сформулирована законом биогенной миграции атомов (А.И. Перельман предложил назвать «законом Вернадского»): «Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция) или же она протекает в среде, геохимические особенности которой преимущественно обусловлены живым веществом как тем, которое в настоящее время населяет данную систему, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории».

Средообразующая функция. Эта функция является в значительной мере результатом совместного действия других функций (интегративной). В конечном счете именно с ней связано преобразование живым веществом физико-химических параметров среды.

Эту функцию можно рассматривать как глобально — вся природная среда создана живыми организмами, они же и поддерживают в относительно стабильном состоянии ее параметры практически во всех геосферах, так и в более узком смысле. В более узком плане средообразующая функция живого вещества проявляется, например, в образовании почв или в том, что леса регулируют поверхностный сток, увеличивая при этом влажность воздуха и обогащая атмосферу кислородом. В. И. Вернадский, как отмечалось выше, почву называл биокосным телом, подчеркивая тем самым большую роль живых организмов в ее создании и существовании.

Локальная средообразующая деятельность живых организмов и особенно их сообществ проявляется также в трансформации ими метеорологических параметров среды. Известно, что в лесных сообществах микроклимат существенно отличается от открытых (полевых) пространств. Например, здесь меньше суточные и годовые колебания температур.

Наиболее очевидное проявление средообразующей функции механическое воздействие, или второй род геологической деятельности живого. Многоклеточные животные, строя свои норы в грунте, сильно изменяют его свойства (при рыхле­нии червями объем воздуха увеличивается в 2,5 раза). Изменяют меха­нические свойства почвы и корни высших растений, скрепляют, пре­дохраняют от эрозии. Например лес способен удерживать почву на склоне 20-40°. Подобно дейст­вуют нитчатые цианобактерии, создающие подобие сети, которая за­щищает почву от эрозии (например в горных почвах Таджикистана содержится иногда более 100 м нитчатых цианобактерий в 1 г почвы — это уже не почва, а войлок).

К основным параметрам, характеризующим физико-химическое состояние среды, относится водородный показатель[12] и окислительно-восстановительный потенциал[13]. Биогенное вещество, образующееся после отмирания живого, попадая на дно водоемов, в болотные почвы, разлагается, и в условиях недостатка кислорода формируется резко восстановительная среда.

Основные газы атмосферы образуются биогенно: кислород и азот, кроме того, доказано, что 50% водорода возникает в результате деятельности живых организмов. Окись углерода также биогенна, в водах океана ее содержание в сотни раз превышает концентрацию, равновесную с атмосферой.

Через биогенное вещество меняется состав природных вод. Продукты разложения степных трав образуют растворы нейтральной и слабобощелочной реакции, полыни и опад саксаула — щелочной, а масса отмершей хвои, вереска, лишайников и сфагнума — кислой.

В донных осадках физико-химическая обстановка опре­деляется наличием органического вещества: восстановительная созда­ется при разложении органики сульфатвосстанавливающими бакте­риями с образованием сероводорода (при наличии сульфатов). Если не удаляется сероводород идет самоотравление системы (сероводородная зона Черного моря).

Наибольшее средообразующее влияние оказывают микроорга­низмы, они изменяют среду в соответствии с потребностями. В силь­нокислой среде выделяют нейтральные продукты, в щелочной — ки­слоты. По мнению некоторых ученых, эволюция микроорганизмов шла по пути развития способности изменять среду.

Недавно установлено, что живое вещество изменяет не только химические, но и физические параметры среды, ее термические, элек­трические и механические характеристики. Например, в Черном и Белом морях обнаружен "биоэлектрический эффект": фитопланктон создает электрическое поле с отрицательным зарядом, а скопление отмершего планктона — с положительным зарядом.

Наука получает все новые данные о средообразующей роли жи­вого, при этом растения воздействуют на газовый состав атмосферы и ионный состав океанической воды, а животные почти не влияют на атмосферу, но изменяют катионный состав морской воды.

 

Источник: studopedia.su


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.