Биосфера. Экосфера

Содержание
  1. Биосфера
  2. Состав
  3. Живое разнообразие оболочки
  4. Круговорот веществ
  5. Природные зоны
  6. Что такое биосфера и какое у неё строение
  7. Значение биосферы для нашей планеты
  8. История возникновения понятия
  9. Границы распространения оболочки
  10. Слои и оболочки биосферы
  11. Атмосфера (воздушная оболочка)
  12. Литосфера (твердая оболочка)
  13. Гидросфера (водная оболочка)
  14. Состав и структурное строение биосферы
  15. Как биосфера связана с другими оболочками планеты?
  16. Основные функции и свойства
  17. Свойства, необходимые для происхождения и развития жизни
  18. Круговорот вещества в биосфере
  19. Периоды развития биосферы
  20. Современное состояние и прогнозируемое будущее
  21. Биосферные заповедники
  22. Обитаемая среда на других планетах
  23. Границы биосферы
  24. Вещество биосферы
  25. Функции живого вещества
  26. Теория биогенной миграции атомов Вернадского В.И
  27. Ноосфера
  28. Круговорот веществ
  29. Биосфера. Экосфера: Понятия биосферы и экосферы Биосфера — это совокупность частей
  30. Конспект
  31. Экологические проблемы

Биосфера

Биосфера. Экосфера

Рубрикатор

  • Природный комплекс
  • Природные зоны
  • Почва
  • Живые организмы

Биосфера – оболочка вокруг Земли, включающая в себя живые организмы и продукты их жизнедеятельности (живое вещество). Область обитания живых организмов и биосферы охватывает нижний слой атмосферы, гидросферу, почву и верхний слой литосферы.

Основателем учения о биосфере является российский ученый Вернадский Владимир Иванович (1863 – 1945). По определению Вернадского биосфера представляет собой непрерывный слой живого вещества, который формируется в области взаимодействия воздуха, воды и горных пород.

Состав

Границы биосферы заключаются от озонового слоя до 3 км в вглубь земной коры. Таким образом она включает в себя атмосферу, гидросферы, пучву и литосферу.

Биосфера и ее состав

Почему границы биосферы определены именно так? Сверху они обусловлены температурой, пригодной для жизни (она сохраняется примерно до 6-8 км), а снизу низкими температурами и низким атмосферным давлением.

Если рассматривать вес всех организмов на Земле, которые относятся к биосфере, то получится общий вес приблизительно 2 трлн тонн.

Сама по себе это величина большая, но если ее сравнивать с массой земли, то вес организмов биосферы будет меньше примерно в 100 тыс раз.

При этом эта масса обладает удивительными особенностями -способность размножаться и воспроизводится. В результате вес организмов в биосфере постоянно меняется.

Некоторые организмы обладают исключительно сильной способностью к воспроизведению. Например, водоросль “диатолия” всего за 8 дней может воспроизвестись до таких объемов, что достигнет общей массы Земли.

Живое разнообразие оболочки

Все организмы биосферы делятся на 4 царства:

  • Животные
  • Растения
  • Грибы
  • Бактерии

Наибольшее разнообразие по всем параметрам наблюдается у растений и у животных. При это наиболее распространенная форма животных – насекомые, растений – покрытосеменные. Наиболее распространенные вопрос на начальном этапе изучения биосферы – каких живых организмов на Земле больше: растений или животных.

Сам по себе вопрос немного не корректные, поскольку результаты сравнений будут отличаться в зависимости от способа сравнения. так, если мы будем рассматривать видовое разнообразие, то здесь перевес будет у животных (2 млн видов против 500 тыс видов у растений). Если же мы будем рассматривать общую массу – здесь уже преимущество у растений.

Масса растений примерно в 1000 раз выше массы животных.

На Земле представлены как современные виды растений и животных, так и виды, которые практически не изменились в процессе эволюции. Они называются реликты, или виды, которые существуют достаточно давно, и которые сумели приспособиться к меняющимся окружающим условиям.

Жизнь на нашей планете распространена очень неравномерно.Наибольшее сосредоточение живых организмов на Земле наблюдается на суше.Например, масса живых организмов на суше в 800 раз превышает массу живого вещества Мирового океана.

Круговорот веществ

Все 4 класса живых организмов связаны между собой и осуществляют кругооборот за счет воздействия солнечного света и тепла.

Круговорот веществ и биосфере

Если упрощенно описать круговорот веществ в биосфере, то есть растения, которые вырабатывают кислород. Эти растения поедаются травоядными. Тех в свою очередь поедают хищники.

Погибшие растения и животные попадают в землю и образуют гумус (перегной), благодаря которому вновь появляются новые растения, которые будут съедены травоядными, которых в свою очередь съедят хищники. Это и есть круговорот биосферы, который не останавливается никогда.

Более того, это и есть главная черта биосферы – склонность постоянному самовоспроизведению. Природа поддерживает баланс за счет уничтожения определенной части живых организмов, и появления новых.

Природные зоны

на нашей планете существует несколько природных зон, которые отличаются между собой по объему и качеству заселения биосферы. Природные зоны Земли:

  • Арктические и антарктические пустыни. Здесь преобладают ледники. Из животных в этой зоне обитают пингвины, моржи, тюлени и другие.
  • Тундра и лесотундра. Располагается в северной части северного полушария. Климат очень суровый, поэтому деревьев здесь нет.
  • Тайга. Преобладают хвойные деревья, а климат холодный.
  • Смешанные и широколиственные леса. Зона близкая по сути к степи, но различие в том, что в широколиственных лесах выпадает намного больше осадков.
  • Лесостепи и степи. образовывались при недостатке влаги. Создан благоприятный климат для земледелия. Из животных преобладают грызуны.
  • Полупустыни и пустыни. Зона недостаточной влаги. В результате животный мир в таких зонах значительно разнообразнее растительного.
  • Жестколистные вечнозеленые леса и кустарники.
  • Саванны и редколесья. Равнины, покрытые травой, на которых растут редкие деревья. Погода здесь делится на 2 сезона: сухой и влажный.
  • Переменно-влажные леса.
  • Влажные экваториальные леса. Здесь всегда одинаковая средняя температура +25, а леса вечнозеленые. Лес обычно очень густой, а верхний его ярус достигает 60 метров.

Отдельная природная зона это области высокой поясности. Те природные области, которые приведены выше, четко прослеживаются только на равнинах. Ведь чем выше в горы, тем больше влаги и тем меньше температура воздуха. Именно поэтому образуются высотные пояса. Эти пояса сменяют друг друга от подножья горы до ее вершины.

Источник: https://geografiyazemli.ru/zemlya/biosfera.html

Что такое биосфера и какое у неё строение

Биосфера. Экосфера

Биосфера – это экосистема планетарного масштаба, которая существует на Земле более 3,8 млрд лет.

 Из чего состоит биосфера и какое значение она имеет для жизни на планете? В границах этой сферической обитаемой оболочки расположены несколько слоев с разным составом.

В их пределах и развиваются все жизненные формы и геологические структуры. Уникальные свойства биосферы создают условия для взаимодействия живых организмов с неорганическими элементами среды их обитания.

Значение биосферы для нашей планеты

Жизнь на нашей планете многочисленна и разнообразна. Своим существованием она обязана биооболочке, в пределах которой сложились уникальные условия для углеродных форм органики. В рамках глобальной экосистемы биология формирует геологическую среду.

Среди представителей биологических видов есть растения, животные, грибы, микроорганизмы и человек.

Значение биосферы для Земли неоценимо. В этой среде организмы постоянно взаимодействуют с отходами жизнедеятельности, неорганической материей, энергией Солнца. Возникает пищевая цепочка, которая создает ряд условий в пределах оболочки:

  • атмосфера наполняется пригодными для дыхания газами в процессе фотосинтеза (поглощение углекислого газа, выделение кислорода);
  • формируется рельеф планеты (осадочные породы);
  • развивается видовое разнообразие.

Основное значение экосистемы для нашей планеты – непрерывное продолжение жизни, где конец одного жизненного цикла формирует питательную среду для следующего поколения.

В органических структурах происходит циклическое накопление, а затем преобразование солнечной энергии.

Это биологический круговорот, который создает условия, пригодные для развития растений, животных, других биологических видов.

История возникновения понятия

В середине XVIII в. французский врач Ф. Вик-д’Азир выразил мысль о связи жизни со всей окружающей средой.

Впервые концепцию существования единой оболочки, в пределах которой существуют живые организмы или продукты их жизнедеятельности, вывел французский естествоиспытатель Ж. Б. Ламарк в начале XVIII в.

В середине второй половины XIX в (1875 г.) другой ученый, австрийский геолог Э. Зюсс, ввел в обращение термин «биосфера».

Согласно терминологии Э. Зюсса, биосфера – это «тонкая пленка жизни», окутывающая земную поверхность и определяющая ее облик.

Панспермия – теория космического переноса биомассы

Основоположником и создателем учения о преобразовании планеты живыми организмами был В. И. Вернадский. В начале ХХ в (1926 г.) советский ученый определил активное участие биологических видов в формировании геологических структур планеты. При разработке учения академик не исключал концептуальной связи совокупной экосистемы с теорией панспермии (космического переноса биомассы).

Границы распространения оболочки

Размеры оболочки ограничены зонами, в пределах которых может развиваться органическая жизнь (биомасса). Высота и глубина обитаемой зоны составляют:

  • верхняя граница проходит в тропосфере, на высоте 15-20 км от уровня земной поверхности (ограничивается озоновым слоем на уровне начала стратосферы);
  • нижняя граница углубляется в литосферу, на глубину от 3,5 до 7,5 км;
  • в пределах между земной поверхностью и атмосферой глубина гидросферы доходит до 10 км.

Наибольшая концентрация биомассы на границе тропосферы и литосферы. Ее средний суммарный объем составляет 550 млрд тонн углерода.

Слои и оболочки биосферы

Чтобы понять масштабы обитаемой оболочки Земли, нужно знать, из чего состоит биосфера. Оболочка имеет сферическую форму и полностью окружает планету, создавая тесную связь экосистем. Морфологическая структура биосферы представлена следующими слоями:

  • атмосфера;
  • литосфера;
  • гидросфера.

С биосферой соприкасаются внешние слои, в которые живые организмы попадают только лишь случайным образом. Под литосферой расположена метабиосфера, которая сформирована ранее существовавшими в ней живыми формами, но необитаемая в настоящем. Верхняя часть атмосферы – парабиосфера. В этом пространстве организмы могут существовать условно, не размножаясь и не доживая до естественной гибели.

В глобальном понимании, во всех этих слоях земного пространства происходит или когда-то происходило воздействие живой среды на неживую. Общее название всех оболочек – мегабиосфера. С учетом деятельности человека в околоземном пространстве (космической экспансии), конгломерат слоев называют панбиосферой.

Атмосфера (воздушная оболочка)

Газовая прослойка, в состав которой входят кислород, азот, двуокись углерода, является неотъемлемой частью биосферы. Химические соединения отвечают за дыхательные процессы и переход мертвой органики в минералы, формируют биомассу, участвуют в фотосинтезе. Атмосфера защищена озоном, слой которого защищает живые формы от воздействия губительного УФ излучения.

Литосфера (твердая оболочка)

Один из слоев биосферы – литосфера, которая объединяет земную кору и часть мантии. Жизненные формы распространены только в верхнем слое грунта.

Бактерии обнаруживаются на глубине 2-3 м под поверхностью (в отдельных случаях обнаружены микроорганизмы на глубине до 4 км). Почвенный слой сформирован из минеральных и органических останков биомассы.

В новом цикле роста жизненные формы получают питание из почвы, затем удобряют ее в течение жизни, а также после гибели.

Гидросфера (водная оболочка)

Гидросфера содержит в себе все водные запасы на планете, включая снеговой и ледяной покровы, водяной пар, донные отложения. Вода, из которой состоит этот слой биосферы – главное условие для существования углеродных форм жизни и растений. Большая часть животной органики поглощает и выделяет энергию именно в воде.

Состав и структурное строение биосферы

Состав биосферы отличается разнообразием веществ. Составные компоненты находятся в состоянии непрерывного движения. В. И. Вернадский классифицировал основные компоненты обитаемой биооболочки, выделив их в 4 группы. Химическая структура глобальной экосистемы включает следующие вещества:

  • Живое вещество. К этой категории относятся флора, фауна, представители микромира, прочие живые организмы. Органика и углеродные формы жизни осуществляют геохимические процессы, формируя облик планеты. Общая масса живого вещества составляет 0,01-0,02 % от совокупной массы неживых веществ.
  • Биогенное вещество. Категория включает все продукты переработки, которые изменяются во время циклов рождения, питания, размножения, смерти, разложения, других функциональных процессов биомассы. Масштабы биогенного вещества соответствуют нефтяным и угольным месторождениям, осадочным породам, другим следам былой жизнедеятельности организмов.
  • Косное вещество. К этому классу относят горные породы, лаву, метеоритные глыбы, образовавшиеся без участия переработки биомассой.

Лава – пример косного вещества

  • Биокосное вещество. Класс веществ, образующихся из косной материи при участии органических форм жизни. Основные представители биокосного вещества – почва и донный осадок.

Помимо основных категорий, выделяют радиоактивное вещество, находящееся в процессе деградации и вещество космического происхождения. Учитывая строение биосферы, концентрация веществ неравномерна на разных участках земной поверхности.

Как биосфера связана с другими оболочками планеты?

Биосфера – это обитаемая оболочка на поверхности и частично под поверхностью Земли. Ее связь с другими оболочками заключается во взаимном проникновении и взаимодействии – границы области обитания жизненных форм включают:

  • гидросферу (без подземных вод);
  • верхнюю часть литосферы;
  • нижнюю часть атмосферы.

Вся деятельность организмов сосредоточена в этом небольшом, с космической точки зрения, пространстве.

Жизненные формы напрямую связаны со всеми оболочками, поскольку именно они формируют в них средовые условия.

Основные функции и свойства

Функциями биомассы обусловлены все геологические и биохимические процессы в пределах глобальной экосистемы. Выделяют несколько основных функций биосферы:

  • переработка энергии (впитывание или поглощение, трансформация, передача солнечного тепла и света по пищевой цепи);
  • концентрация химических элементов;
  • усвоение и выделение газов;
  • окислительно-восстановительные реакции в пределах среды обитания;
  • разложение;
  • минерализация биокосного вещества.

В течение жизненного цикла и последующего распада органические формы обеспечивают перемещение химических веществ из одной структурной оболочки в другую.

Свойства, необходимые для происхождения и развития жизни

Все свойства биосферы удовлетворяют условиям, при которых возможно возникновение и эволюция живых организмов. К основным факторам, которые поддерживают баланс жизни, относятся:

  • наличие солнечной энергии;
  • присутствие воды;
  • фотосинтез растений;
  • разложение мертвой органики.

Эти свойства сохраняют видовое разнообразие и обеспечивают биотический круговорот.

Круговорот вещества в биосфере

Непрерывный процесс эволюции жизни и геологических формаций на нашей планете возникает при переходе (трансформации) химических веществ. Такие условия применимы для биомассы, которая обеспечивает круговорот вещества в биосфере. Биогенная цепочка имеет несколько этапов:

  • потребление и усвоение питательные веществ;
  • возвращение их в среду обитания после пищевой переработки или гибели потребителя;
  • разложение и минерализация органики.

В процессе трансформации химические элементы постоянно связываются и высвобождаются, перемещаясь в горизонтальном и вертикальном направлении по всей обитаемой оболочке.

Биотический круговорот происходит при участии следующих представителей биомассы:

  • продуценты – создатели органики (растения, бактерии);
  • консументы – потребители органики (животные);
  • редуценты – разрушители органики (микроорганизмы, грибы).

Продуценты образуют восходящую ветвь, а консументы и редуценты формируют нисходящую ветвь круговорота. Взаимодействие компонентов биомассы направлено на непрерывное производство и разложение веществ.

Периоды развития биосферы

Следы обитаемой оболочки, окружающей Землю, обнаружены в осадочных породах архейского эона (около 3,5 млрд лет назад). Археологические находки той эпохи свидетельствуют о существовании древнейших органических остатков. Зарождение многогранной жизни на Земле началось с первых представителей биомассы, которыми можно считать:

  • одноклеточные водоросли;
  • простейшие прокариоты.

Простейшие органические формы обрели половое размножение только к концу архея, дав начало эволюционным процессам.

Мел-палеогеновое вымирание

Для эволюции биомассы характерна временная дестабилизация в результате масштабных катастроф (вымирание динозавров).

Непрерывное возобновление биомассы сформировало видовое разнообразие. Многочисленные животные и растения способствовали расширению биогенного круговорота и формированию геологического облика планеты. В процессе развития биосферы сложился основной принцип биомассы – в бионическом круговороте задействуются только живое и биокосное вещества.

Современное состояние и прогнозируемое будущее

Появление человека не сказывалось на развитии биосферы на ранних этапах. Деятельность человеческих существ и потребляемые ими ресурсы гармонично вписывались в круговорот веществ.

С наступлением периода, когда люди научились менять условия среды обитания, равновесие в биосфере нарушилось.

Стремление человека приспосабливать обитаемую оболочку под свои нужды постоянно дестабилизирует экосистему.

Негативными факторами для баланса обитаемой оболочки являются:

  • техногенное влияние на животный и растительный мир (вымирание растений, животных);
  • чрезмерное потребление биокосных и косных веществ.

Губительный подход человечества к экологии и условиям потребления ресурсов ведет к разрушению среды обитания жизненных форм. Биосфера не успевает восстанавливать компоненты, необходимые для поддержания жизненных процессов. Положение усугубляют загрязнение атмосферы, парниковые газы.

Биосферные заповедники

Группа конгони в саванне заповедника Мореми в Африке, Ботсвана

Сохранение биосферы – одна из важнейших экологических задач человечества. С этой целью в различных уголках планеты создаются резерваты глобальной экосферы – особо охраняемые природные зоны. Биосферные заповедники призваны решать следующие проблемы:

  • сохранение уникальных растений и животного генофонда при согласованном потреблении ресурсов;
  • мониторинг среды, изучение собранных данных.

Заповедные территории создаются под эгидой ЮНЕСКО. В список всемирного охраняемого наследия внесен 701 заповедник в 124 странах мира.

Обитаемая среда на других планетах

Существование биосферы на других планетах остается в научных сообществах предметом открытых дискуссий. Глобальная экосистема – это уникальный конгломерат, который объединяет следующие параметры:

  • кислородную атмосферу;
  • водную среду;
  • плодородную почву.

Эта совокупность создает условия для существования и развития углеродной формы жизни во всем ее многообразии.

С одной стороны, биосфера присуща только Земле и не обнаружена ни на одной планете или объекте изученного космоса.

С другой стороны, наши знания о космосе еще не так обширны, чтобы подтверждать или опровергать наличие обитаемой оболочки на других планетах.

Третье мнение, которое высказывается за присутствие такого явления, допускает существование обитаемой оболочки. Гипотетическая биосфера должна иметь другие параметры среды и жизненные формы, основанные на других химических элементах.

Источник: https://cleanbin.ru/terms/biosphere

Границы биосферы

Общая толщина биосферы приблизительно 17 км. Живые организмы проникают вглубь литосферы на расстояние до 6-7 км, заселяют всю толщу гидросферы (до самого дна мирового океана). В атмосфере живые организмы встречаются в нижней части – тропосфере, которую сверху ограничивает озоновый слой (часть стратосферы).

Выше “озонового экрана” существование жизни в привычном для нас виде невозможно, так как губительное УФ (ультрафиолетовое) излучение уничтожает все живое. Возникновению жизни в недрах Земли препятствует высокая температура, оказывающая разрушительное воздействие.

Вещество биосферы

Многокомпонентная сложная система биосферы включает несколько отдельных элементов. Вернадский В.И. создал учение, в соответствии с которым вещество биосферы состоит из:

  • Живое вещество
  • Совокупность всех живых организмов на нашей планете. Именно Вернадский показал, что деятельность живых существ – важнейший фактор геологических изменений планеты.

  • Косное вещество
  • Формируется без участия живых организмов. Базальт, гранит, песок, золотоносные руды. К косному веществу можно отнести горные породы магматического происхождения, образовавшиеся в результате извержения вулканов.

  • Биогенное вещество
  • Это вещество образуется живыми организмами в процессе их жизнедеятельности. Примерами биогенного вещества могут послужить залежи известняка, природный газ, кислород, нефть, каменный уголь, торф.

  • Биокосное вещество
  • Биокосное вещество создается одновременно деятельностью живых организмов и косными процессами. Таким образом, биокосное вещество объединяет в себе живое и косное вещества.К биокосному веществу относятся пресная и соленая вода, почва, воздух. Почва является верхним наиболее плодородным слоем литосферы Земли. Почва – уникальный продукт совместной деятельности живых организмов, то есть биологических и геологических процессов, протекающих в живой природе.

Функции живого вещества

Важнейший компонент биосферы – живое вещество, то есть – живые организмы. Их деятельность приводит к наиболее значительным геологическим изменениям в биосфере, они обеспечивают круговорот веществ – главное условие зарождения новой жизни.

Перечислим важнейшие функции живого вещества:

  • Энергетическая
  • Живые организмы постоянно получают и преобразуют энергию. Растения преобразуют энергию солнечного света в энергию химических связей, а животные передают ее по цепочке. После смерти растений и животных энергия возвращается в круговорот благодаря бактериям и грибам – сапротрофам (греч. sapros – гнилой), разлагающим мертвое органическое вещество.

  • Газовая
  • Деятельность живых организмов обеспечивает постоянных газовый состав атмосферы. В ходе дыхания животные поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а растения в ходе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Бактерии хемотрофы также выделяют в атмосферу некоторые газы, полученные окислением сероводорода, азота.

  • Концентрационная
  • Я никогда не перестану восхищаться этой функцией живого вещества. Вы только вдумайтесь: на одной и той же почве, рядом друг с другом, растут совершенно разные растения по форме, размеру и окраске плодов, цветков! Каждый раз задумываешься: как это возможно?Это связано с тем, что каждое живое существо избирательно накапливает определенные химические элементы. К примеру, многие моллюски накапливают кальций, образуют известковый скелет – раковину. После их смерти раковины опускаются на дно, в результате чего создаются залежи полезных ископаемых – известняка (мела).В результате жизнедеятельности мха сфагнума образуется полезное ископаемое – торф, а папоротниковидные образуют каменный уголь. Это концентрат углеродистых и кальциевых соединений в погибших растениях, которые тысячелетиями отмирали и образовали залежи ископаемых.

  • Окислительно-восстановительная
  • Живые организмы способны окислять и восстанавливать различные химические вещества. На реакциях окисления и восстановления основан метаболизм (обмен веществ) любого живого существа, подобные реакции протекают постоянно в ходе фотосинтеза, энергетического обмена.

  • Деструктивная
  • Без разрушения “старой” жизни, невозможно возникновение “новой”. После смерти живых существ их останки подвергаются разрушению, из них высвобождается энергия, накопленная в связях химических веществ. Непрерывный круговорот должен продолжаться всегда – это главное условие жизни.

Теория биогенной миграции атомов Вернадского В.И

При непосредственном участии живого вещества в биосфере непрерывно осуществляется биогенная миграция атомов. Даже сейчас, с каждым вашим вдохом, атомы кислорода соединяются с гемоглобином эритроцитов, доставляются по крови к клеткам тканей организма и становятся частью ваших клеток.

Откуда взялся кислород, которым мы дышим? Его в процессе фотосинтеза выделили растения. Для процесса фотосинтеза необходим углекислый газ, который в процессе дыхания выделяют животные, углекислый газ, который образуется при разложении останков растений и животных. Получается круговорот атомов.

Все атомы, которыми мы обладаем, которые стали частью наших рук, глаз, носа, языка – все эти атомы кому-то принадлежали до нас! За миллиарды лет существования Земли они успели побывать в мириадах растений, грибов и животных. То, что наши атомы сейчас с нами – великое чудо и немыслимая случайность.

Я искренне восхищаюсь этой теорией, она показывает непрерывность жизни, бесконечность нашего существования и единство всего живого.

Ноосфера

Ноосфера (греч. noos – разум и sphaira – шар) – термин введенный русским ученым В.И. Вернадским. Ноосфера подразумевает взаимодействие природы и общества, при котором человек является главным определяющим фактором эволюции. Человек становится крупнейшей геологической силой.

Споры о том, можно ли считать современный этап развития цивилизации ноосферой остаются открытыми. Основная идея ноосферы – разумное, рациональное поведение человека, при котором он сосуществует в гармонии со всеми другими формами жизни.

К сожалению, нынешняя ситуация напоминает старую поговорку: “Пока не потеряешь, не осознаешь ценность”. Неужели растения должны исчезнуть с лица Земли, чтобы мы вспомнили о том, что благодаря фотосинтезу в их листьях мы дышим кислородом? В этом случае чувство нашего ложного величия может сильно пострадать.

Круговорот веществ

Углерод находится в природе в основном в составе углекислого газа, угольной кислоты и ее нерастворимых солей – карбоната кальция (из которого состоят раковины моллюсков). Отмирая, живые организмы образуют залежи полезных ископаемых: торф, древесину, каменный уголь, нефть. Известняк может надолго исключить углерод из круговорота веществ.

https://www.youtube.com/watch?v=XJ80ZuNZ1y4

Подобно этому, долгое время нефть и уголь были почти полностью исключены из круговорота веществ, однако в настоящее время человек “вернул их в строй” вместе с выхлопными газами.

Азот находится в воздухе, которым мы дышим, и составляет 78% от его объема. Большая часть азота поступает в почву и воду благодаря деятельности микроорганизмов, бактерий и водорослей.

Широко известны клубеньковые бактерии на корнях бобовых растений, находящиеся с ними в симбиозе. Клубеньковые бактерии переводят атмосферный азот в нитраты, которые необходимы для роста и развития растения и могут быть усвоены им, в отличие от атмосферного азота (газа).

В листьях в процессе биосинтеза азот преобразуется в белки. Травоядные животные поедают растения, таким образом, белок включается в их состав. После смерти животных белки разлагаются сапротрофами, которые выделяют аммиак, нитраты. Часть нитратов усваивается растениями, а часть восстанавливается бактериями до атмосферного азота – цикл замыкается.

Источник: https://studarium.ru/article/135

Биосфера. Экосфера: Понятия биосферы и экосферы Биосфера — это совокупность частей

Биосфера. Экосфера

  Понятия биосферы и экосферы
Биосфера — это совокупность частей земных оболочек (лито-, гидро- и атмосферы), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности. Биосфера — глобальная экосистема.

Она не образует сплошного слоя с четкими границами, а как бы «пропитывает» другие геосферы планеты, охватывая всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы. Термин «биосфера» ввел австрийский геолог Э. Зюсс (1873). Развернутое развитие учения о биосфере принадлежит В.И. Вернадскому (1919, 1926). Исключительно важное место в трудах В.И.

Вернадского занимают пионерные представления о роли человека в эволюции природы Земли. Эти взгляды позднее стали известны как учение о ноосфере — сфере разума — человеческой «оболочке» Земли. Согласно В.В.

Вернадскому вещество биосферы состоит из: живого вещества — биомассы современных живых организмов; биогенного вещества — всех форм детрита, а также торфа, угля, нефти и газа биогенного происхождения; биокосного вещества — смесей биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения (почва, илы, природные воды, газо- и нефтеносные сланцы, битуминозные пески, часть осадочных карбонатов); косного вещества — горных пород, минералов, осадков, не затронутых прямым биогеохимическим воздействием организмов. Владимир Иванович Вернадский (1863- 1945) – великий русский ученый-минералог, кристаллогаф, геохимик, радиогеолог, создатель биогеохимии и учения о биосфере. Научные интересы В.КВернадского чрезвычайно широки. Бугчи основоположником геохимии он провел первые исследования закономерностей строения и состава взаимодействующих элементов и структур земной коры, гидросферы и атмосферы. Исследовал миграцию химических элементов в литосфере и роль радиоактивных элементов в ее эволюции. В 1923 г. им сформулирована теория о              ведущей роли живых организмов в геохимических процессах; в 1926 г.- концепция и определение биосферы и живого вещества; создано учение, согласно которому живое вещество, трансформируя солнечное излучение, вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот – центральная концепция биогеохимии.

По данным, основанным на содержании энергии или углерода, количества живого, биогенного и биокосного вещества в биосфере соотносятся как 1:20:4000.

Современные исследования внесли поправку в представление о структуре биосферы. Показано, что в понятие биосферы следует включать только те элементы и характеристики, которые находятся под контролем биоты, и не следует включать компоненты природы, относящиеся к геологическому прошлому (Горшков, 1993).

Таким образом, к биосфере относится вся совокупность живых организмов (живое вещество[II]) и все вещества, которые находятся под контролем потребления, трансформации и продуцирования живыми организмами (т.е. современное «биогенное вещество»).

Такое понимание совпадает с введенным ранее и ныне широко применяемым понятием экосферы — планетарной совокупности современных биомов.

Верхняя граница экосферы расположена на высоте нескольких метров (lt; 30 м) над поверхностью растительного покрова на суше или над океаном; нижняя — по горизонту фунтовых вод или мак

симального проникновения корней растений и роющих животных.

В океане она ограничена слоем проникновения солнечных лучей, достаточным для осуществления фотосинтеза (не более 100 м) или глубиной сохранения биологической активности в донных осадках. За этими пределами остается ничтожная часть живых организмов, но находятся огромные массивы продуктов их жизнедеятельности и в атмосфере (газы, пары воды), и в гидросфере (растворенная и взвешенная органика). В табл. 3.2 сопоставлены некоторые количественные характеристики экосферы и других геосфер Земли. Масса живого вещества экосферы сравнительно мала. Если ее распределить по всей поверхности планеты, то получится слой всего в 1,5 см. Эта «пленка жизни» (выражение В.И.Вернадского), составляя менее IO-6 массы других оболочек Земли, обладает несравненно большим разнообразием и обновляет свой состав в миллион раз быстрее. Поэтому «динамическая масса» живого вещества превосходит массу других геосфер земли в объеме экосферы. Таблица 3.2. Сравнение экосферы с другими геосферами Земли

ГеосферыМасса, т Средняя толщина, M Плотность, т/м3Разнообразие состава, H1Скорость обновления состава, год1
Литосфера3 to о OO о OO16502,471,852 • IO-8
Гидросфера1,39 • IO1826201,040,124 • IO-4
Атмосфера45,20 • IO15120008,5 • IO'40,583 • IO-5
Экосфера51,36 • IO120,0021,2612,650,1

В расчете на всю поверхность планеты 510 млн. км2. Индекс разнообразия (§ 2.1). До средней глубины границы залегания биогенной органики. Тропосфера. Живое вещество в пересчете на сухой вес. Биота экосферы обусловливает преобладающую часть химиче- ких превращений на планете, т.е. выполняет глобальную метаболическую функцию. Отсюда суждение В.И.Вернадского об огромной преобразующей геологической роли живого вещества. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через себя, через свои органы, ткани, клетки, кровь всю атмосферу, весь объем мирового океана, большую часть массы почв, огромную массу минеральных веществ. И не только пропустили, но и вцдоизменили всю земную среду. Биомасса и продуктивность экосферы. Судя по оценкам биомассы и продуктивности биомов (табл. 3.1), суммарная биомасса экосферы (в расчете на сухое вещество) составляет около 1,4 трлн. тонн, ежегодная продукция биомассы в десять раз меньше. Эти данные приблизительны, так как биомасса и продукция микроорганизмов оцениваются по косвенным данным. Живое вещество экосферы на 98,6% представлено биомассой наземных растений (табл 3.3), которые в основном определяют и химический состав суммарной биомассы (табл. 3.4). Таблица 3.3. Биомасса растений и животных экосферы

Биомасса
млрд. т%
Биота континентов
Растения1341,398,62
Животные10,90,81
Сумма1352,299,43
Биота океана
Растения0,70,05
Животные7,10,52
Сумма7,80,57
Всего1360,0100,00

Таблица 3.4. Средний химический состав живого вещества экосферы

Живое вещество экосферы%
Вода83,70
Сухое вещество, в том числе16,30
минеральные вещества1,00
органические вещества15,30
в том числе углерод7,20
водород0,90
кислород7,04
азот0,13
сера0,01
фосфор />0,01

На основании имеющихся данных средняя суммарная продукция наземных экосистем может быть количественно охарактеризована следующим образом. В течение года I кг биомассы растений (сухое вещество — В) эффективно поглощает 5,4 Мдж фотосинтетически активной солнечной энергии, потребляет в процессе фотосинтеза 0,5 кг СО2 и 15 кг Н2О, выделяет 0,35 кг (? и образует 0,3 кг суммарного органического вещества (ВПП, Pg; Р/В = 0,3). В параллельно идущем процессе дыхания растений 2/3 этого количества окисляется с образованием 0,33 кг СО2, 0,1 кг H2O и высвобождением 3,6 Мдж энергии. Эта энергия используется для физиологических нужд растений и рассеивается в виде теплоты. Оставшиеся 0,1 кг новообразованного органического вещества (ЧПП, Pn; PnZB = 0,1) образуют биологический урожай, который расходуется гетеро- трофами. Балансовые отношения: 0,17 кг CO2 + 0,05 кг H2O = = 0,12 кг O2 + 0,1 кг прироста биомассы (ЧПП). Чтобы представить масштаб глобального обмена биогенных элементов и производства биопродукции всей экосферой, эти цифры нужно умножить на общий множитель 1,36 IO15 (табл. 3.5). Некоторые справочные данные по биоэнергетике представлены в приложении ПЗ. Таблица 3.5. Количественная характеристика биомассы и продуктивности современной биосферы

Показатели биомассы и продукциимлрд.т
Биомасса живого вещества биосферы8344
Сухое вещество биомассы биосферы1360
Органическое вещество биомассы биосферы1276
Годовая продукция живого вещества (брутто)847
Сухое вещество продукции138
Органическое вещество продукции130
Годовое потребление и выделение СО2224
Годовое потребление’ и выделение воды21695
Годовой обмен метаболической воды69
Годовое вьщеление и потребление кислорода163
Годовой проток нетго-энергии фотосинтеза (Дж-1018)2327

Основные функции экосферы. Благодаря способности трансформировать солнечную энергию в энергию химических связей растения и другие организмы выполняют ряд фундаментальных биогеохимических функций планетарного масштаба. Газовая функция. Живые существа постоянно обмениваются кислородом и углекислым газом с окружающей средой в процессах фотосинтеза и дыхания растений и животных. Растения сыг- ради решающую роль в смене восстановительной среды на окислительную в геохимической эволюции планеты и в формировании состава современной атмосферы. Они строго контролируют концентрации О2 и СО2, оптимальные для всей современной биоты. Концентрационная функция. Пропуская через свое тело большие объемы воздуха и природных растворов, живые организмы осуществляют биогенную миграцию и концентрирование химических элементов и их соединений. Это относится не только к биосинтезу органики, но и к таким явлениям, как строительство раковин и скелетов, образование коралловых островов, “толщ осадочных известняков, месторождений серы, некоторых металлических руд, скоплений железо-марганцевых конкреций на дне океана и т.п. Ранние этапы биологической эволюции проходили в водной среде. Организмы научились извлекать из разбавленного водного раствора необходимые для них вещества, многократно увеличивая их концентрацию в своем теле. Рис. 3.8 дает представление о концентрационной способности биоты по отношению к различным химическим элементам. Удаленность их концентраций между биотой и средой А.И.Перельман (1972) назвал биофилъностью элементов. Рис. 3.8. Биофилыюсть элементов Окислительно-восстановительная функиця живого вещества тесно связана с биогенной миграцией элементов и концентрированием веществ. Многие вещества в природе крайне устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях. Например, молекулярный азот — один из важнейшие биогенных элементов. Ho живые клетки располагают настолько эффективными катализаторами — ферментами, что способны осуществлять многие окис- лительно-восстановительные реакции в миллионы раз быстрее, чем это может происходить в абиогенной среде. Информационная функция живого вещества биосферы. Именно с появлением первых примитивных живых существ на планете появилась и активная («живая») информация, отличающаяся от той «мертвой» информации, которая, по Л.Бриллюэну, является простым отражением структуры. Организмы оказались способными к получению информации путем соединения потока энергии с активной молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию совершила опережающую эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим фактором. Перечисленные функции живого вещества экосферы обращены в основном к внешним факторам существования. Все вместе они образуют мощную средообразующую функцию экосферы. Деятельность живых организмов обусловила современный состав атмосферы, от которой зависят радиационный и тепловой режимы на планете, спектральный состав достигающего поверхности Земли солнечного света. Растительный покров существенно определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности больших пространств. Живые организмы играют ведущую роль в самоочищении воздуха, рек и озер, от них во многом зависит солевой состав природных вод и распределение многих химических веществ между сушей и океаном. Благодаря растениям, животным и микроорганизмам создается почва и поддерживается ее плодородие. Наконец, биота одарила человека пищей, одеждой, множеством других вещей, создав уникальное сообщество разнообразных организмов — главное богатство планеты и окружающей человека среды. Следует четко представлять, что окружающая нас среда — это не возникшая когда-то фиксированная и непреходящая физическая данность, а живое дыхание природы, каждое мгновенье создаваемое работой множества живых существ. Средообразующая функция экосферы тесно связана со средорегулирующей функцией — биотической регуляцией окружающей среды. Ниже, при рассмотрении параметров биотического круговорота, будет показано, что биота в глобальном масштабе способна с большой точностью и долгое время поддерживать на постоянном уровне важные параметры окружающей среды, несмотря на исключительную сложность и динамичность регулируемой системы. Таким образом, биота экосферы формирует и контролирует состояние окружающей среды. Биогеохимические принципы В.И.Вернадского. Учение В.И. Вернадского — основателя биогеохимии и науки о биосфере — очень обширно и затрагивает многие аспекты глобальной экологии. Приведем биогеохимические принципы В.И. Вернадского. Первый. Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Прогрессивная эволюция любой экосистемы ведет к увеличению суммарного протока энергии через нее. Эта закономерность проявляется в способности живого к распространению, к развитию, во «всюдности жизни» (выражение В.И. Вернадского). Второй. Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов. Согласно этому принципу преимущества в ходе эволюции получают те организмы, которые пробрели способность усваивать новые формы энергии или «научились» полнее использовать химическую энергию, запасенную в других организмах. Третий. Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей, и создается и поддерживается на нашей планете космической энергией Солнца. Этот принцип очень важен для понимания тех процессов, которые обычно называют «самоорганизацией биологических структур». Поток энергии в экосфере. «Правило 10%». «Правило 1%». Солнце дарит Земле колоссальное количество энергии. Достигающее экосферы излучение несет энергию около 2,5 -IO24 Дж в год. Только около 0,3% ее непосредственно преобразуется в процессе фотосинтеза в энергию химических связей органических веществ и только 0,1% оказывается заключенной в чистой первичной продукции. Дальнейшая судьба этой энергии обусловлена передачей органического вещества пищи по каскадам трофических уровней гетеротрофов. В соответствии с законом пирамиды энергий, или «правилом 10%» Р. Линдемана (1942), с каждой ступени на последующую переходит приблизительно 10% энергии. Ho участие разных групп организмов в деструкции органики тоже имеет похожую последовательность: около 90% энергии ЧПП освобождают микроорганизмы и грибы, менее 10% — беспозвоночные животные и менее 1% — позвоночные животные — конечные консументы (рис. 3.9). В соответствии с последней цифрой и сформулировано травило 1%» согласно которому указанное соотношение и особенно вклад конечных консументов в деструкцию (lt;1%) является важнейшим условием стабильности экосферы. Рис 3.9. Распределение скорости деструкции органических веществ по размерам тела гетеротрофов (от бактерий до крупных млекопитающих): P = P~(t)/P+ – спектральная плотность деструкции, осуществляемой организмами с характеристическими размерами тела, равными I; I = I см. P+ ~ продукция растений суши. Площадь под ломаной линией равна единице; цифры в процентах – относительный вклад различных частей гистограммы Другими словами, для экосферы в целом доля возможного конечного потребления чистой первичной продукции в энергетическом выражении не должна Цревышать 1%. Разумеется, это не очень точный параметр, приближенный; его точность нельзд установить экспериментально. Во всяком случае, для отдельных экологических систем порог нарушения стационарного состояния эмпирически оценивается на уровне не выше 5—10% отклонения от нормального протока энергии (Реймерс, 1994). Несомненно, что для всей экосферы этот порог должен быть существенно ниже. Поток солнечной энергии образует глобальные физические круговороты воздуха и воды на Земле. Движение воздушных масс помимо механических эффектов (ветры, волны, течения) обусловливает аэрогенную миграцию веществ, в первую очередь паров воды и пылевых частиц, аэрозолей разного состава. Под действием солнечной радиации в атмосфере происходят различные фотохимические реакции — фотолиз воды, образование озона, образование углеводородных смогов и др. Глобальный круговорот воды отражен на рис. 3.10. Это самый значительный по переносимым массам и по затратам энергии круговорот на Земле. За год в него вовлекается всего 0,04% массы гидросферы, но это соответствует 16,5 млн.м3 воды за секунду и более 40 млрд. МВт солнечной энергии. Речной сток составляет только 7% глобального гидрологического цикла. Рис. 3.10. Резервуары и круговорот воды на Земле. Объемы резервуаров (подчеркнуты) в тыс.км3; потоки влаги (испарение, перенос в атмосфере, осадки, речной сток) – в тыс.км3/год (не подчеркнуты); ± – пределы возможных изменений уровня океана (+60 м, -140 м), зависящие от таяния или роста ледников Круговорот воды, особенно поверхностный, и подземный сток на суше определяют гидрогенную миграцию веществ, которая помимо переноса состоит из множества процессов растворения, ионного обмена, окислительно-восстановительных реакций, кристаллизации, осаждения и т.д.

Таким образом, кроме физических круговоротов воды и воздуха, вызываемых потоком солнечной энергии, в них вовлечены еще и физико-химические и химические круговороты многих химических элементов и их соединений. В значительной части этих процессов участвуют живые организмы. Особенно характерно это для ак- вальных систем — рек, озер, болот, морей. 

Источник: Акимова Т.А., Хаскин В.В.. Экология: Учебник для вузов. 1999

Источник: https://bookucheba.com/uchebniki-ekologii_1295/biosfera-ekosfera-46783.html

Конспект

Биосфера. Экосфера

Раздел ОГЭ: 5.3. Биосфера — глобальная экосистема. Роль человека в биосфере. Экологические проблемы, их влияние на собственную жизнь и жизнь других людей. Последствия деятельности человека в экосистемах, влияние собственных поступков на живые организмы и экосистемы

Биосфера — часть геологических оболочек Земли, заселённая и преобразуемая живыми организмами. Границы биосферы определены условиями, в которых могут обитать живые существа. Биосфера представляет собой открытую биологическую систему с постоянным круговоротом веществ и обменом энергии, совокупность биогеоценозов (биогеоценозы являются структурными компонентами биосферы).

Учение о биосфере разработано В. И. Вернадским. Учёный выделил следующие её компоненты:

  • живое вещество — совокупность всех живых организмов;
  • биогенное вещество — формируется в результате жизнедеятельности организмов:
    • кислород атмосферы — результат деятельности растений и цианобактерий;
    • уголь — остатки древних растений;
    • нефть — результат деятельности планктона древних морей;
    • известняки — скелеты морских беспозвоночных;
    • железные и марганцевые руды, фосфориты;
    • сера — продукты хемосинтезирующих бактерий;
  • косное вещество — формируется без участия живых организмов (базальт, гранит);
  • биокосное вещество — результат взаимодействия жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (почва, ил).

Биосфера разделена на несколько слоев:

  • Аэробиосфера, в которой источником жизни для микроорганизмов служит атмосферная влага, а источником энергии для химических реакций — солнечная энергия.
  • Геобиосфера, населенная геобионтами. Источником жизни, а также частично средой обитания для геобионтов является почва.
  • Гидробиосфера — весь слой воды (без учета подземных вод), населенный гидробионтами. Делится на аквабиосферу (континентальные воды), маринобиосфера (область морей и океанов). По глубине различают 3 слоя: фотосферу (относительно ярко освещена), дисфотосферу (проникает менее 1 % солнечного света) и афотосферу, слой абсолютной темноты.

Жизнь на Земле зародилась около 3,5 млрд. лет назад, с этого момента отсчитывается развитие биосферы — такой возраст имеют найденные палеонтологами древние органические остатки. В архее появились первые эукариоты (одноклеточные водоросли и простейшие организмы), началось образование почв, а в конце архея начала появились первые многоклеточные организмы.

Учёные считают, что на Земле обитает от 5 до 30 млн видов, хотя описано около 1,7 млн. Совокупность всех видов составляет биоразнообразие Земли. Для отдельных видов животных решающую роль в уменьшении численности сыграла охота на них (морское млекопитающее — стеллерова корова была истреблена в XVIII в. ради вкусного мяса и жира).

Человек, используя для питания мясные продукты, оказывается потребителем второго порядка. Биомасса существ на вершине экологической пирамиды не может быть высокой.

Уменьшить нагрузку на экосистемы можно было бы перейдя на вегетарианскую пищу, однако человеку для нормального развития нужны продукты животного происхождения.

Это означает, что возросшая численность человечества может поддерживаться искусственным разведением животных, производством ценных пищевых веществ.

Экологические проблемы

Антропогенное воздействие может нарушать естественное устойчивое развитие экосистем, снижая биоразнообразие, нарушая круговорот веществ, лежащих в основе многих механизмов саморегуляции, и изменяя среду обитания организмов.

Внезапные изменения в экосистемах, вызывающие резкое увеличение численности одних видов и гибель других, могут быть спровоцированы также внесением человеком в экосистему нового вида, у которого на новом месте нет естественных врагов или редуцентов их выделений (например, завоз кроликов и разведение овец в Австралии).

Поэтому сохранение биологического разнообразия — важная задача, решение которой направлено на сохранение природных экосистем.

Ряд экологических проблем связан с уничтожением лесов, болот, других природных биогеоценозов при открытой разработке полезных ископаемых, работе промышленности и сельского хозяйства.

Поскольку основной причиной уменьшения биоразнообразия является разрушение и загрязнение среды обитания, пути охраны природы связаны с безотходными технологиями производства, утилизацией мусора, переходом на новые источники энергии, грамотным применением удобрений и средств защиты организмов в сельском хозяйстве и т. д.

Последствия деятельности человека в экосистемах. Известно, какое важное значение для любого живого организма имеет воздух: без пищи человек может прожить месяц, без воды — неделю, без воздуха — считанные секунды.

Вместе с тем то, чем мы дышим, подвергается сильному влиянию целого ряда факторов — результатов интенсивного развития таких производств, как: топливно-энергетического, металлургического, нефтехимического и др.

Топливо-энергетический комплекс включает деятельность теплоэлектростанций, работа которых связана с выбросом в атмосферу окиси серы, азота, образующихся в процессе сгорания необогащенного угля.

Не менее опасным загрязнителем воздуха являются предприятия металлургической промышленности, выбрасывающие в воздух различные химические соединения, особенно тяжелых н редких металлов. Опасным источником загрязнения воздуха стали и продукты переработки нефтехимической промышленности, особенно углеводородные соединения.

На сегодняшний день влияние человека на экосистему стало практически абсолютным. За последние несколько веков, благодаря существенному развитию технологического прогресса, загрязнение окружающей среды достигло критической отметки и начало представлять серьёзную опасность.

Подробный анализ и оценка последствий человека в экосистемах позволяют судить о том, что основные ухудшения экологического состояния на Земле связаны в основном с умышленно направленной деятельностью человека.

К этой сфере можно отнести браконьерство и увеличение численности химических предприятий, выбросы которых оказывают сильнейшее влияние на экологию.

Если в ближайшее время человечество не осознает, к какому результату приведут в итоге его действия, и не начнёт активно использовать очистительные технологии, включая увеличение количества зелёных насаждений, особенно в крупных промышленных городах, в дальнейшем это может привести к необратимым последствиям во всём мире.

Это конспект для 6-9 классов по теме «Биосфера — глобальная экосистема». Выберите дальнейшие действия:

Источник: https://uchitel.pro/%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D1%81%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B0-%D0%B3%D0%BB%D0%BE%D0%B1%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F-%D1%8D%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0/

Book for ucheba
Добавить комментарий