В составе биосферы преобладают


Составные части биосферы

Биосфера является одной из основных геологических оболочек Земли, т.е. геосфер. Среди других геосфер выделяют литосферу – земную кору вплоть до верхней мантии, гидросферу (все воды Земли), и атмосферу – газовую оболочку Земли. Пространственно биосфера охватывает самые поверхностные слои литосферы, нижнюю часть атмосферы (тропосфера) и всю гидросферу. Пределы существования жизни (и, соответственно, распространения биосферы) в литосфере и атмосфере определяются значениями специфичных для этих геосфер факторов среды, несовместимыми с жизнедеятельностью даже наиболее эврибионтных организмов. В гидросфере такого предела нет, она заселена живыми организмами полностью.

Вблизи границ биосферы обитают в основном некоторые микроорганизмы, обладающие особыми приспособлениями к специфичным условиям абиотической среды, (или в виде спор); в основном биомасса сосредоточена в местах контакта основных сред жизни.

Общая биомасса Земли составляет около $2,4cdot 1012$ т (на нее приходится всего 0,01 % массы всего вещества, попадающего в границы биосферы). 97 % из этого количества приходится на растения, 3 % – на животных. В наши дни на Земле существует несколько миллионов видов живых организмов.


Биосфера пропускает через себя большую часть энергетических потоков на Земле. В год до поверхности нашей планеты доходит примерно 1024Дж солнечной энергии; 42 % из этого количества отражается в космос, а 58% поглощается. Дополнительным источником энергии служит тепло земных недр. В структуре поглощенной энергии около пятой части переизлучается в космос в виде тепла, десятая часть расходуется на испарение воды.

Зеленые растения перерабатывают за счет фотосинтеза ежегодно 1022 Дж в год, при этом поглощают $1,7cdot 108$ т $CO_2$, выделяют в атмосферу около $11,5cdot 107$ т кислорода и при транспирации испаряют $1,6cdot 1013$ т воды. Одновременно с фотосинтезом в биосфере происходит почти такой же по масштабам противоположный ему процесс –окисление органики при дыхании и разложении.

Химический состав организмов

В живых организмах обнаружены все известные на сегодняшний момент науке химические элементы. Некоторые из их числа (водород, кислород, углерод, азот, фосфор и другие) необходимы для существования организмов, большая часть элементов (рубидий, платина, уран и мн. др.) содержатся в живых тканях в исключительно малых количествах, и не только не требуются самим организмам для жизнедеятельности, но и при повышении концентрации могут быть весьма вредны для них. В зависимости от количества химических элементов (имеются в виду только те, которые играют какую-либо биологическую роль и являются необходимыми для живых объектов) в живых организмах, их подразделяют на несколько категорий:


  1. Биогенные элементы, или макронутриенты. Это кислород, углерод, водород, азот. Их доля в организме составляет от 3% его массы (азот), до 68% (кислород).
  2. Макроэлементы. Эти химические вещества содержатся в организмах в значительно меньшем отношении. Например, для человека суточная норма макроэлементов лишь немного превышает 200 мг, для более мелких организмов она, соответственно, тоже меньше. Это калий, кальций, магний, натрий, сера, фосфор и хлор.
  3. Микроэлементы. Их содержание в организме крайне мало, однако они необходимы для жизнедеятельности, поскольку участвуют в некоторых важных биологических процессах, многие из них входят в состав ферментов. Таких веществ, по современным данным, насчитывается более трех десятков.

В состав некоторых организмов в большом количестве входят определенные химические элементы, несвойственные большинству биологических видов. Например, асцидии накапливают ванадий. Роль таких элементов в жизнедеятельности накапливающих их организмов не всегда известна. Однако в этом накоплении проявляется концентрационная функция организмов в биосфере. Организмы участвуют в миграции химических элементов как непосредственно, так и косвенно.


Источник: spravochnick.ru

В.И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их обитания. Он выделил в биосфере семь разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ. По В.И. Вернадскому, в состав биосферы входят следующие типы веществ.

1. Живое вещество — живые организмы, населяющие нашу планету.

2. Косное вещество — неживые тела, образующиеся в результате процессов, не связанных с деятельностью жи­вых организмов (породы магматического и метаморфичес­кого происхождения, некоторые осадочные породы).

3. Биогенное вещество — неживые тела, образующиеся в результате жизнедеятельности живых организмов (неко­торые осадочные породы: известняки, мел и др., а также нефть, газ, каменный уголь, кислород атмосферы и др.),

4. Биокосное вещество — биокосные тела, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов (почвы, илы, кора выветривания и др.).

5. Радиоактивное вещество — атомы радиоактивных элементов (например, уран (238U, 235U), торий (232Th), радий (226Ra) и радон (222Rn, 220Rn), калий (40К), рубидий (87Rb), кальций (48Са), цирконий (96Zr), тритий (3Н), бериллий (7Ве, 10Ве) и углерод (14С) и др.

6. Рассеянные атомы — отдельные атомы элементов, встречающиеся в природе в рассеянном состоянии (в таком состоянии часто существуют атомы микро- и ультро-микроэлементов: Co, Zn, Cu, Au, Hg и др.)


7. Вещество космического происхождения — вещество, поступающее на поверхность Земли из космоса (метеориты, космическая пыль) Классификация вещества биосферы, предложенная Вернадским, с логической точки зрения не является безупречной, так как выделенные категории вещества частично перекрывают друг друга. Так, вещество космического происхождения одновременно является и косным. Атомы многих элементов являются и радиоактивными и рассеянными одновременно, При этом и атомы радиоактивных элементов, и рассеянные атомы могут входить в состав как живого, так и косного вещества. «Биокосное вещество», то его нельзя рассматривать в качестве особого типа вещества, поскольку оно состоит из двух веществ — живого и косного. По своему характеру это не вещество, а динамическая система, что подчеркивает и сам Вернадский.

Специфические свойства и особенности живого вещества:

  • Живое вещество биосферы характеризуется большим запасом энергии.
  • Резкое различие между живым и неживым веществом наблюдается в скорости протекания химических реакций (в живом веществе реакции идут в тысячи, а иногда в миллионы раз быстрее).
  • Отличительной особенностью живого вещества является то, что слагающие его индивидуальные химические соединения — белки, ферменты и др. — устойчивы только в живых организмах.
  • Произвольное движение, в значительной степени саморегулируемое, является общим признаком всякого живого вещества в биосфере.

  • Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. Известно свыше
    2 млн. органических соединений, входящих в состав живого вещества, в то время, как количество природных соединений (минералов) неживого вещества составляет около 2 тыс., т. е. на три порядка меньше.
  • Живое вещество представлено в биосфере в виде индивидуальных организмов, размеры которых колеблются в огромных пределах. Величина самых мелких вирусов не превышает 20 нм (1 нм = 10-9м), самые крупные животные — киты — достигают 33 м в длину, самое большое растение — секвойя — 100 м в высоту.

Основные биогеохимические функции живого вещества:

  • Энергетическая функция заключается в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с космическим излучением, преимущественно с солнечной радиацией. В основе этой функции лежит фотосинтетическая деятельность зеленых растений, в процессе которой происходит аккумуляция (накопление) солнечной энергии и ее перераспределение между отдельными компонентами биосферы. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле.
  • 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.

  • Концентрационная функция проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов окру-
    жающей среды. В составе живого вещества преобладают атомы легких элементов: водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, алюминия, кремния, серы, хлора, калия, кальция. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднородность химического состава биосферы и ее существенное отличие от состава неживого вещества планеты.
  • Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении главным образом тех веществ, которые содержат атомы с переменной степенью окисления (соединения железа, марганца и др.) При этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления.
  • Деструктивная функция обусловливает процессы, связанные с разложением организмов после их смерти, вследствие которой происходит минерализация органического вещества, т. е. превращение живого вещества в косное. В результате образуются также биогенное и биокосное вещество биосферы.
  • Средообразующая функция заключается в преобразовании физико-химических параметров среды в результате процессов жизнедеятельности. В. И. Вернадский писал:"Организм имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена к нему".

  • Транспортная функция— это осуществление переноса вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении. Живое вещество — единственный (помимо поверхностного натяжения) фактор, обусловливающий обратное перемещение вещества — снизу вверх, из океана — на континенты, реализующий тем самым "восходящую" ветвь биогеохимических циклов.

Источник: studopedia.ru

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

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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник: ru-ecology.info

Функции живого вещества в биосфере

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

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

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

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

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

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

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

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

  • Существуют бактерии окислители и восстановители. Благодаря данной функции появляются залежи руд.

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

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

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

Источник: StudFiles.net

Биосфера.

Миллиарды лет назад, когда еще не было на земле человека, в природе происходили сложные явления, обусловившие грандиозные изменения на нашей планете. В частности, постепенно стабилизировался климат, сформировался газовый состав атмосферы, приобрели современные очертания Миро­вой океан и суша.

Неорганическая природа, развива­ясь, породила органическую, в результате появился растительный и животный мир. На Земле стал посто­янно совершаться круговорот веществ, который, по существу, и поддерживает определенный баланс в при­роде, т. е. установились определенные взаимосвязи.

Земля и окружающая ее среда сформировалась в результа­те развития всей Солнечной системы около 4,7 млрд лет назад. Земля получает энергию от Солнца, достигаю­щую земной поверхности в виде электромагнитного излучения. Солнечное тепло — одно из главных слагаемых климата Зем­ли, основа для развития многих геологических процессов. Ог­ромный тепловой поток исходит и из глубин Земли.

Общая структура оболочек Земли.

Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек — внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро, мантия, а к внешним — лито­сфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и сложная обо­лочка Земли — биосфера.

hello_html_m629378ff.jpg

Литосфера — каменная оболоч­ка Земли. Земная кора сложена горными породами — более 70% приходит­ся на базальты, граниты и другие магматические породы.

Земная кора — важнейший ресурс для человечества. Она содержит до 3000 разных минералов.

Жизнь в литосфере распространена на глубину до 3- 4 км. На этой глубине, где t превышает +100° С, обнаружены бактерии. Достаточно большое количество бактерий зарегистрировано на глубине 2 – 2,5 км в нефтяных месторождениях. Проникновению жизни ниже препятствует высокая температура земных недр.

Гидросфера водная оболочка Зем­ли. Ее подразделяют на поверхностную и подземную.

Поверхностная гидросфера — воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных покровов и др. Все эти воды располагаются на зем­ной поверхности и носят название поверхностных. Поверхностная гидросфера не образует сплошного слоя и прерывисто покрывает земную поверхность.

Подземная гидросфера — воды, находящиеся под земной корой. Свер­ху подземная гидросфера ограничена поверхностью земли, ниж­нюю ее границу проследить невозможно.

Основную часть гидросферы (96,53%) составляет Мировой океан. На долю под­земных вод приходится 1,69% от общего объема гидросферы, остальное — воды рек, озер и ледников.

Более 97% всех водных ресурсов Земли составляют соле­ные воды океанов, морей и др. Общий объем пресных вод на Земле равен 3 % общего объема гид­росферы. Основная часть пресных вод сосредоточена в ледниках Арктики и Антарктиды, воды которых пока используются очень мало. На долю пресных вод, пригодных для водоснабжения, приходится лишь 0,3% объема гидросферы.

Вода на Земле совершает полный цикл, т.е. весь запас воды распадается и восстанавливается примерно за 2 млн лет. Распространению жизни на глубинах препятствует отсутствие солнечного света.

Атмосфера газовая оболочка Зем­ли, состоящая из смеси газов, водяных паров и пы­ли. Она окружает Землю до высоты 3 тыс. км. В сухом чистом воздухе содержится: 78 % азота, 21 % кислорода, 0,9 % аргона, 0,03 % углекислого газа и около 003 % смеси неона, гелия, криптона, ксенона, оксидов азота, метана, водорода. Водяного пара приходится до 3% объёма атмосферы.

Состав и свойства атмосферы на разных высотах неодинаковы, поэтому её подразделяют на: тропо-, страто-, мезо-, термо- и экзосферы.

Самый близкий к поверхности Земли слой — тро­посфера (до высоты 10 км на полюсах, 10—12 км над уровнем моря и до 18 км над экватором). Именно здесь образуются все осадки, почти все облака.

Выше тропосферы расположен слой толщиной около 40 км – стратосфера. Воздух в ней более разряжен, влажность невысока. В стратосфере на высоте 20-25 км сконцентрирована основная часть атмосферного озона. Озоновый экран защи­щает Землю от ультрафиолетового облучения, гибельного для организмов.

Наибольшая концентрация озона на высоте 20-25 км. Озоновый экран располагается на полюсах на высоте – 10 км, на экваторе-25км.

Озоновый слой очень тонок. Если этот газ сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал бы плёнку толщиной всего 2-4 мм, однако эта плёнка служит нам защитой.

Споры грибов и бактерий обнаружены на высоте 20-22 км. Проникновению жизни выше препятствует жёсткая радиация.

Цикл кислорода занимает на Земле около 2 000 лет.

Атмосфера, гидросфера и литосфера тесно взаимодейству­ют между собой.

2. Биосфера — внешняя оболочка Земли, в которую входят часть атмосферы до высоты 20—25 км (до озонового слоя), прак­тически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3 км. Особенностью этих частей является то, что они населены живыми организмами, составляющими живое вещество планеты.

Впервые термин «биосфера» был введен в науку геологом из Австрии Э. Зюссом в 1875 г. Постепенно возникло новое научное направление в естествознании — уче­ние о биосфере, основоположником которого является великий русский ученый В. И. Вернадский.

Уче­ние о биосфере создал В. И. Вернадский.

Биосфера – тонкий слой земной поверхности и атмосферы, где существует жизнь.

3. Границы жизни на Земле:

Биосфера имеет определённые границы.

Верхние границы распространения жизни ограничены высотой 20 км.

Нижняя граница жизни в океанах- 11 км, в литосфере — около 3 км.

Наибольшая концентрация жизни в биосфере наблюдается на границах соприкосновения земных оболочек: атмосферы, литосферы и гидросферы.

4. Состав биосферы.

В состав биосферы входят:

1. Живое вещество — совокупность всех живых организмов, населяющих планету.

Живое вещество существует в виде индивидуальных организмов – вирусы, растения, животные, люди и т.д. Всё живое в биосфере находится в непрерывном саморегулируемом движении. Химические реакции в организмах протекают со скоростью в тысячи и миллионы раз большей, чем в неживых веществах. По мнению учёных, в биосфере Земли обитают более 300 млн видов живых организмов.

2. Косное веществосовокупность всех неживых тел, образующихся в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов (горные породы магматического и неорганического происхождения, вода, космическая пыль, метеориты, некоторые осадочные породы).

3. Биогенное веществопродукты жизнедеятельности живых организмов (некоторые осадочные породы: известняки, мел и др., а также нефть, газ, каменный уголь, кислород и др.).

4. Биокосное веществопродукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами (почвы, ил, все природные воды, кора выветривания и др.).

5. Свойства живого вещества.

1. Способность быстро, занимать (осваивать) все свободное про­странство. Спо­собность быстрого освоения пространства связана с интен­сивным размножением (некоторые простейшие формы орга­низмов могли бы освоить весь земной шар за несколько часов или дней, если бы не было факторов, сдерживающих их потен­циальные возможности размножения), и со способностью организмов увеличивать поверхность своего тела или образуемых ими сообществ. Например, площадь листьев растений, произрастающих на 1 га, составляет 8—10 га и более. То же относится к корневым системам.

2. Движение не только пассивное, но и активное, т.е. не только под действием силы тяжести, гравитационных сил и т.п., но и против течения воды, силы тяжести, движения воздушных по­токов и т.п.

3. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти (включение в круговороты веществ). Благодаря саморегуляции живые организмы способны поддерживать постоянный хими­ческий состав и условия внутренней среды, несмотря на зна­чительные изменения условий внешней среды. После смерти эта способность утрачивается, а органические остатки очень быстро разрушаются. Образовавшиеся органические и неорга­нические вещества включаются в круговороты.

4. Высокая приспособительная способность (адаптация) к различ­ным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной, организменной), но и крайне трудных по физико-химическим параметрам условий.

В биосфере жизнь существует даже в крайне неблагоп­риятных условиях. Одни организмы существуют на больших глубинах, где давление превышает 1000 атм, дру­гие выносят давление в несколько долей атмосферы на боль­шой высоте. Ряд бактерий переносит давление до 12 000 атм. Некоторые формы жизни выносят температуру от абсолют­ного нуля (~273°С) до +180°С. Семена и споры растений, мел­кие животные в состоянии анабиоза сохраняют жизнеспо­собность в полном вакууме.

Некоторые живые организмы приспособились жить в бес­кислородной среде. Уксусные угрицы (нематоды) обитают в емкостях с бродящим уксусом. Ряд микроорганизмов живет в насыщенном растворе поваренной соли, концентрированном растворе медного купороса, фторида натрия. Серные бакте­рии обитают даже в растворах серной кислоты.

Особо устойчивые формы жизни могут существовать даже при действии ионизирующей радиации. Рид инфузорий вы­держивает излучение, по дозе в 3 млн раз превышающее естественный радиационный фон на поверхности Земли. Даже в котлах ядерных реакторов были обнаружены бактерии.

5. Феноменально высокая скорость протекания реакций. Она в несколько раз быстрее, чем в неживом веществе. Об этом свойстве можно судить по скорости переработки вещества организмами в процессе жизнедеятельности.

Например, гусеницы некоторых насекомых потребляют за день такое количество пищи, которое в 100—200 раз больше веса их тела. Дождевые черви за 150—200 лет пропускают через свои организмы однометровый слой почвы.

Жиры и углеводы окисляются в окружающей среде при t 400 — 500º С, а в живых организмах, благодаря ферментам, окисляются при t 37ºС.

6. Высокая скорость обновления живого вещества. Подсчитано, что в среднем для биосферы она составляет 8 лет, при этом для суши — 14 лет, для океана, где преобладают организмы с коротким периодом жизни (н-р, планктон), — 33 дня.

В результате высокой скорости обновления живого вещества за всю историю существования жизни общая масса живого вещества, прошедшего через биосферу, примерно в 12 раз превышает массу Земли.

Т.о. живое вещество устойчиво только в живых организмах и концентрирует в себе огромнейшие запасы энергии. По В. И. Вернадскому, по энергетической насыщенности с живым веществом может соперничать только лава, образую­щаяся при извержении вулканов.

6. Функции живого вещества

Живое вещество обеспечивает биогеохимический круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Оно выполняет следующие геологические функции:

1. Энергетическая живое вещество связывает и запасает солнечную энергию в своём теле и рассеивает эту энергию в процессе жизнедеятельности. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедеятельности орга­низмов.

2. Газовая — живое вещество осуществляет газообмен с окружающей средой в процессе дыхания.

3. Концентрационная в жи­вых организмах идёт накопление атомов биогенных хи­мических элементов. Концентрация их в организмах по сравнению с окружающей средой во много раз выше.

Так, содержание углерода в растениях в 200 раз, а азо­та в 30 раз превышает их уровень в земной коре. Содержание марганца в некоторых бактериях может быть в миллионы раз больше, чем в окружающей среде. Результат концентрацион­ной деятельности живого вещества — образование залежей горючих ископаемых, известняков, рудных месторождений и т.п.

4. Окислительно-восстановительная окисление и восстанов­ление различных веществ с помощью живых организмов. Под влиянием живых организмов происходит мигра­ция атомов элементов, создаются новые соединения. Так происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода.

5. Деструктивная разрушение организмами остатков органического вещества и косных веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют редуценты (деструкторы) — сапротрофные грибы и бактерии.

6. Транспортная перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Такой перенос может осуществляться на огромные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных.

7. Средообразующая — преобразование физико-химических параметров среды. Эта функция представляет собой результат совместного действия других функций. Она имеет разные масштабы проявления.

Результатом средообразующей функции является и вся биосфера, и почва как одна из сред обитания, и более локальные структуры.

8. Рассеивающая — функция, противоположная концентрационной, — рассеивание веществ в окружающей среде. Она появляется через трофическую и транспортную деятельность организмов.

Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, смене покровов и т.п. Железо гемоглобина крови рассеивается кровососущими насекомыми.

9. Информационная накопление живыми организмами определённой информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

10. Биогеохимическая деятельность человека — превращение и перемещение веществ биосферы в результате человеческой деятельности для хозяйственных и бытовых нужд человека. Например, использование концентраторов углерода — нефти,

угля, газа и др.

Т.о. биосфера есть сложная динамическая система, которая улавливает, накапливает и переносит энергию путём обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.

Контрольные вопросы

1. Назови и охарактеризуй структурные оболочки Земли.

2. Что такое биосфера

3. Кто из учёных создал учение о биосфере?

4. Назови границы биосферы.

5. Какие факторы ограничивают распространение жизни за пределы биосферы?

6. В каких частях биосферы наблюдается максимальная плотность жизни?

7. Что такое озоновый экран?

8. В чём состоит его значение для биосферы?

9. Какие типы веществ выделил Вернадский?

10. Охарактеризуйте основные свойства живого вещества.

11. Перечисли функции живого вещества.

Источник: infourok.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.