Меню

Биосфера включает в себя водную оболочку земли солнечную систему

Биосфера – глобальная экосистема. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Живое вещество, его функции. Особенности распределения биомассы на Земле

Содержание:

Биосферой называют оболочку земли, в которой обитают все живые организмы. В её состав входят воздух, земля и вода, то есть атмосфера, литосфера и гидросфера. Не так давно была установлена нижняя граница биосферы — три километра вглубь почвы и два километра ниже дна океана. Верхние кордоны атмосферы определить с такой точностью нельзя, они равняются 20-35км.

Биосферу можно также назвать глобальной экосистемой. Важной ее составляющей является, так называемая, сложная система круговорота между организмами и сложными химическими веществами. Одним из основополагающих процессов в глобальной экосистеме можно смело считать фотосинтез. Также, к основным процессам относятся трофические связи организмов, находящихся в одной пищевой цепи.

В живую оболочку Земли, кроме растений, микроорганизмов, животных, входят продукты жизнедеятельности организмов, такие как, уголь, нефть.

Останки живых организмов, осадочные породы также составляют часть биосферы.

Биосфера — это сложная система, в которой все взаимосвязано, все ее компоненты не могут существовать отдельно. Иногда, в науке используется обозначение «биологическая оболочка» для глубокого понимания биосферы.

Если из данной экосистемы изъять, к примеру, воздух или воду, то вся система рушится. Это, в конечном итоге, может пагубно отразится на всей системе и вывести ее из гармонии. Строение органических веществ соответствует среде обитания, а их разнообразие говорит о многообразии пространств, в которых живут те или иные организмы.

Последние годы человечество только этим и занимается. Люди обедняют и осушают почву, уничтожают леса, истребляют животных, загрязняют воздух и воду. Тем самым нанося непоправимый вред биосфере и самим себе в частности.

Существование экосистем предполагает обмен энергетическими потоками, первым звеном в котором являются автотрофные организмы, продуцирующие органику.

Биосфера – это оболочка Земли, то пространство, где существует жизнь. Термин «биосфера» был введен австрийским ученым Эдуардом Зюссом в 1875 году. Позже учение о «пленке жизни» продолжил естествоиспытатель Владимир Вернадский. По его учению, в биосфере взаимосвязаны все компоненты на геохимическом уровне. Вернадский ввел новый термин – «ноосфера», он доказал, что живые организмы являются определяющими в жизненной силе Земли.

Живая оболочка планеты является саморегулируемой системой, обладающей свойствами саморегуляции.

Разнообразие видов, форм жизни обуславливает стабильность и устойчивость жизненной сферы. Окружающая среда наносит отпечаток на внешний вид, строение организмов, которые проявляются в различных адаптациях, приспособлениях, ответных реакциях.

Жизнь кишит везде, все ее элементы связаны, влияют друг на друга и на природу в целом. В атмосфере живет множество животных и микроорганизмов, которые передвигаются активным или пассивным способом.

Грибные и бактериальные споры были найдены на высоте 20—22 км.

Учение В.И. Вернадского о биосфере

В.И. Вернадский – общепризнанный разработчик учение о биосфере. Он ввел понятие «живого вещества», как формирующего фактора биологической геосферы.

  • Ученый выдвинул теорию о том, что границы биосферы обусловлены пространством существования живых организмов. В трудах В.И. Вернадского говорится о взаимосвязи живых организмов с неживой средой. Одним их этапов эволюции биосферы Вернадский считал её преобразование в стадию ноосферы, он доказал, что организмы являются определяющими в жизненной силе Земли.
  • Организмы и продукты их жизнедеятельности разрушали горные породы, способствовали вымыванию одних веществ и накоплению других.
  • Постоянное образование живого вещества с дальнейшей его трансформацией — функция биосферы.

Функции живого вещества по учению Вернадского:

В.И. Вернадский смог выделить несколько основных функций биосферы. А именно:

Функции Содержание
Газовая функция В результате фотосинтеза растения выделяют кислород. Данная функция осуществляется также благодаря животным, выделяющим углекислый газ в окружающую среду.
Концентрационная функция Осуществляется в организмах различных животных, которые имеют способность накапливать в своих телах определенные химические элементы, такие как углерод и кальций.
Окислительно-восстановительная функция Основывается на превращении веществ и энергии в процессе жизнедеятельности. В результате химических реакций получаются соли, окислы и разнообразные органические и неорганические соединения. Именно благодаря этой функции образовываются железные и марганцовые руды.
Функция образования среды Подразумевает трансформацию физических и химических характеристик среды обитания организмов, включая атмосферу, грунт, моря и океаны.
Функция накопления кальция Преобразование химического элемента в углекислые, щавелевокислые, фосфорнокислые кальциевые соли.

Особенностью живого вещества является то, что компоненты, входящие в его состав проявляют устойчивость исключительно в живых организмах.

Структура биосферы

Согласно учению Вернадского биосфера являет собой организованную сферу планеты, которая находится в контакте с живыми организмами.

В.И. Вернадский в составе биосферы выделял такие элементы:

  • Живым веществом ученый считал всю совокупность организмов, живущих на Земле. В своих трудах ученый подчеркивал, что геохимическое состояние земной коры находится под влиянием живых организмов, определяется их деятельностью. Он выделял пять функций биологической сферы земли. По его учению, биосфера состоит из разнородных компонентов, важнейшим из которых есть живое вещество.
  • К косному веществу ученый причислял химические соединения, в образовании которых живые организмы не принимали участия.
  • Неживое биогенное вещество – это продукты жизнедеятельности организмов, которые разрушали горные породы, способствовали вымыванию одних веществ и накоплению других.
  • Биокосное вещество являет собой продукт совместной работы живой и неживой природы, например грунт, глинозем.

В.И. Вернадский подчеркивал, что история возникновения и эволюция биосферы — это история возникновения жизни на Земле. Длительное время эта концепция биосферы В. И. Вернадского замалчивалась.

Живое вещество, его функции

В основе концепции глобальной экосистемы заложено понимание термина «живое вещество». Большую часть живого вещества составляет земная растительность (около 90%). Данное вещество является самым мощным энергетическим, а также геохимическим фактором, его можно смело назвать основным фактором развития биосферы.

Читайте также:  Мощность верхнего слоя земли

Как известно, источником биохимической активности живых организмов является солнечная энергия, без которой не сможет произойти такой важный процесс как фотосинтез.

С самого своего появления жизнь не стоит на месте, а постоянно развивается. Тем самым, влияя на окружающую среду и, в определенной мере, изменяя ее.

Исходя из этого, можно с полной уверенностью сказать, что эволюционный процесс экосистемы и всей органической жизни проходит параллельно.

Жизнь на нашей планете появилась около четырех миллиардов лет назад, с этого самого момента на Земле и сформировалась биосфера. Огромный вклад в образование биосферы внесли цианобактерии. Они первыми освоили кислородный фотосинтез. Других претендентов на производство атмосферы не существовало в мире прокариотов.

Живая оболочка Земли — это не только сфера, в которой находится все живое, но и совместный результат деятельности организмов. Вещество и биосфера неразделимы. Биосферный уровень включает в себя все живое вещество планеты.

Геологический круговорот веществ происходит в течение многих тысяч и миллионов лет. В процессе круговорота образуется живое вещество из неорганических соединений, впоследствии органика распадается на неорганические компоненты.

Важнейшим результатом биогеохимических преобразований органического вещества можно считать кислородную революцию. Огромный вклад в это биогеохимическое изменение внесли древнейшие организмы — цианобактерии. Именно они явились родоначальниками фотосинтеза, в результате которого выделялся кислород, изменивший до неузнаваемости облик нашей планеты.

Особенности распределения биомассы на Земле

Состав и распределение биосферы – один из интереснейших вопросов в биологии.

Биосфера включает в себя огромное количество растений, животных и других форм жизни нашей планеты. Термин «ноосфера», предложенный Вернадским в начале 20-го столетия, получил широкое распространение.

Биогенные вещества — созданные в процессе жизнедеятельности организмов соединения, например, природный газ, нефть, известняк.

  • Изучение биомассы крайне важно для понимания климатических сдвигов, путей передачи и трансформации углерода и других элементов.
  • Разнообразие живых и неживых организмов, взаимодействующих между собой, обменивающихся веществами, называется экосистемой. Приспособленность видов к условиям существования происходит непрерывно.
  • Биосфера имеет четкую структурную организацию и является глобальной экосистемой планеты. В.И. Вернадский создал учение о роли живых организмов, о воздействии живого на преобразование земной коры. Состав биосферы и свойства зависят от взаимодействия её биотического и абиотического компонентов.
  • Основной объем массы живой материи приходится на растительный мир, он составляет 80% от биомассы планеты. На втором месте, после растений, идут бактерии. Ученые, с использованием углеродного метода, определили, что все живые организмы содержат суммарно 550 миллиардов тонн углерода.
  • Биомасса суши составляет почти 99,9%. Это объясняется большой массой продуцентов на поверхности Земли.
  • Наибольшая плотность жизни отмечается в тех зонах, где виды специфически приспособились к совместному существованию.
  • К структурообразующим факторам биосферы относят свет, как условия формирования и усовершенствования жизни. Под воздействием микроорганизмов, растений и животных сформировался почвенный слой.
  • В почве обитает больше редуцентов. К ним относятся бактерии и грибы, которые разлагают останки живых существ до неорганических веществ. В почве происходит особый газообмен. Ночью, при охлаждении и сжатии газов, в неё проникает некоторое количество воздуха, его поглощают и перерабатывают почвенные организмы.
  • Почвенные микроорганизмы играют важную роль в круговороте веществ, в почвообразовании и формировании плодородного слоя. Большая биомасса почвы, в сочетании с высоким видовым разнообразием, обеспечивает сложность экосистем.
  • Почвенные организмы включают в круговорот веществ биосферы важнейшие химические соединения.
  • В морской биомассе содержится больше консументов, чем продуцентов. В состав океанической и морской воды входят минеральные соли. Микроорганизмы, живущие в океанических термальных источниках, являются хемотрофами, основными продуцентами океанического дна.
  • Несмотря на многообразие водных обитателей, их можно поделить на 3 группы, с учетом мест обитания в воде. Между каждой группой организмов существуют тесные связи, они обмениваются веществом и энергией. В современном мире воздействие человека на биомассу океана огромно.
  • Бентосные организмы в океане живут на дне и в грунте. Фитобентос: зеленые, бурые, красные водоросли встречаются на глубине до 200 м. Зообентос представлен животными.
  • Воздушная среда характеризуется значительным количеством кислорода, солнечной энергии, но в ней, зачастую, не хватает влаги. Поэтому, обитатели засушливых мест имеют специальные приспособления для добычи, запасания и экономной траты драгоценной влаги. Разнообразие этой среды представлено разнообразием жизни в ней.
  • Каждому наземному биогеоценозу присущи свои черты. Так, в экваториальных биоценозах сильно развита конкуренция за обладание местом обитания, пищей, светом и кислородом.

В современном мире огромное влияние на биомассу оказывает человек. Сокращаются площади, производящие живую массу.

Источник

Научная электронная библиотека

Хамзина Ш. Ш., Жумабекова Б. К.,

5.2. Биосфера и ее устойчивость. Структура биосферы. Коэволюция атмосферы, литосферы, гидросферы и биосферы

По имеющимся в современной науке данным, планета Земля является уникальным явлением в Солнечной системе. В тонком слое, окружающем планету, непрерывно взаимодействуют воздух, почва и живые организмы разного уровня организации. Этот слой, населенный живыми организмами, взаимодействующими с воздухом (атмосферой), водой (гидросферой) и земной корой (литосферой), называется биосферой.

Представление о биосфере как об особой оболочке земной коры, охваченной жизнью, было впервые введено в естественные науки в 1875 г. известным геологом, профессором Венского университета Э. Зюссом.

Биосфера – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека.

Земля состоит из концентрических оболочек (геосфер) – внутренних и внешних. К внутренним относятся такие как ядро, мантия, а к внешним – литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и сложная оболочка Земли – биосфера (рис. 25).

Атмосфера – воздушная оболочка Земли, наиболее легкая оболочка, граничащая с космическим пространством.

Читайте также:  Что находится снизу земли

Химический состав атмосферы многообразен, но в основном в ней присутствуют азот и кислород. В меньших концентрациях в ней присутствуют углекислый газ и аргон. Сухой воздух приземного слоя атмосферы – тропосферы – состоит из азота (78,084 %), кислорода (20,946 %), аргона (0,934 %) и углекислого газа (0,033 %). Из этих четырех газов, составляющих тропосферу, только аргон не связан с жизнедеятельностью организмов, а поступление и расход кислорода, азота, углекислого газа регулируются живыми организмами. За тропосферой до высоты примерно 100 км следует стратосфера. В верхних слоях тропосферы и в стратосфере под влиянием излучения молекулы кислорода распадаются на свободные атомы и, присоединяясь к молекуле кислорода, образуют озон. В то же время озон поглощает энергию ультрафиолетового излучения, разлагаясь на атомарный и молекулярный кислород. Озоновый слой или «экран» составляет верхнюю часть атмосферы – ионосферу (рис. 26).

Состояние атмосферы оказывает важное влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли. Наибольшее значение для биологических процессов имеют кислород атмосферы, необходимый для дыхания организмов и минерализации омертвевшего органического вещества; углекислый газ, расходуемый на фотосинтез, а также озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Вне атмосферы существование живых организмов невозможно, примером может служить Луна, лишенная атмосферы. Историческое развитие атмосферы связано с геохимическими процессами, а также с жизнедеятельностью организмов. Так, азот, углекислый газ, пары воды образовались в процессе эволюции планеты благодаря вулканической деятельности, а кислород в результате фотосинтеза.

Рис. 26. Схема строения атмосферы

Гидросфера – водная оболочка Земли. Вода является важной составной частью всех компонентов биосферы и одним из необходимых факторов существования живых организмов. Основная часть воды (95 %) заключена в Мировом океане, который занимает более 70 % поверхности земного шара; глубина Мирового океана в среднем около 4 километров, наибольшая – около 11 километров. Вода содержится в виде паров и облаков в земной атмосфере, существует в виде ледников в замороженном состоянии, атмосферные воды проникают в толщу осадочных пород, формируя подземные воды.

Химический состав природных вод формируется под воздействием живых организмов непосредственно и косвенно. Живые организмы и продукты их жизнедеятельности способствуют разрушению горных пород и вымыванию из них различных веществ. С речным стоком эти вещества поступают в Мировой океан. В пресных и в морских водах растворенные вещества концентрируются многими организмами. Из газов, растворенных в воде, наибольшее значение имеют кислород и углекислый газ. Количество кислорода в гидросфере значительно варьирует в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. Концентрация углекислого газа также различна, но в целом количество его в океане приблизительно в 60 раз больше, чем в атмосфере.

Значение воды в биосфере огромно: вода является универсальным растворителем; большинство химических реакций осуществляется в водных растворах, в воде происходит диссоциация соединений, вода обладает огромной теплоемкостью, тепло- и электропроводностью.

Литосфера – это верхний плодородный слой почвы, населенный живыми организмами. Общий химический состав земной коры определяют немногие химические элементы. Всего лишь 8 элементов распространены в земной коре в весомом количестве (более 1 %) – кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий. Наиболее распространенным элементом является кислород, составляющий почти половину массы земной коры (47,3 %).

Таким образом, земная кора – это царство кислорода, химически прочно связанного с другими элементами.

Исходным материалом для почвообразования служат поверхностные слои горных пород. Из них под воздействием микроорганизмов, растений и животных формируется почвенный покров. Организмы концентрируют в своем составе биогенные элементы. После отмирания животных и растений и их разложения эти элементы переходят в состав почвы, благодаря чему в ней аккумулируются биогенные элементы, а также накапливаются продукты разложения органических веществ. В почве накапливается огромное количество микроорганизмов.

Таким образом, литосфера имеет биогенное происхождение, она состоит из органических и неорганических соединений и живых организмов. Следовательно, биосфера представляет собой многоуровневую систему, включающую подсистемы различной степени сложности. Границы биосферы определяются областью распространения живых организмов в атмосфере, гидросфере и литосфере. Верхняя граница биосферы проходит примерно на высоте 20 км, т.е. живые организмы расселены в тропосфере и нижних слоях стратосферы. Лимитирующим фактором расселения в атмосфере является нарастающая с высотой интенсивность ультрафиолетовой радиации. Все живое, проникающее выше границы озонового слоя, погибает. В гидросферу биосфера проникает на всю глубину, Мирового океана, что подтверждается обнаружением живых организмов и органических отложений до глубины 10–11 км. В литосфере живые организмы обнаруживаются на глубине примерно 7,5 км.

Основные свойства биосферы как сложной глобальной системы:

1. Организованность. Биосфера – саморегулирующаяся система. В биосферу постоянно проникает солнечная радиация, т.е. биосфера аккумулирует и трансформирует энергию солнца. В результате, как было сказано выше, происходит постоянный обмен веществом и энергией. Здесь важную роль играет живое вещество. Такой постоянный вещественно–энергетический обмен между Землей и Космосом и между внешними оболочками Земли (рельеф, вода, почва, растительный и животный мир) представляет подвижное динамическое равновесие.

Системы, элементы которых взаимосвязаны переносами (потоками) вещества, энергии и информации, носят название динамических. Любая живая система представляет собой динамическую и, следовательно, открытую систему, но не всегда равновесную. Жизнь и движение (динамика) неразрывно связанные между собой понятия. Живое только потому и остается живым, что в нем ни на мгновение не останавливаются всевозможные процессы. Эти процессы незаметны и быстротечны. Так, в течение секунд и минут происходит деление клеток микроорганизмов, за несколько минут или часов может произойти гибель растений, животных и т.д. Несколько дней или недель достаточно, чтобы мелкие грызуны или насекомые после зимовки расплодились, увеличив свою численность в 10 или 100 раз.

Читайте также:  Не стоит земля без праведников сочинение

Существование биосферы немыслимо без поступления энергии извне, прежде всего – энергии Солнца. Это говорит о том, что биосфера – открытая система.

Впервые представления о влиянии солнечной активности на живые организмы разработаны А.Л. Чижевским (1897–1964 гг.). Он доказал, что многие явления на Земле тесно связаны с активностью Солнца. Все больше накапливается данных, свидетельствующих о том, что резкое увеличение численности отдельных видов или популяций («волны жизни») – результат изменения солнечной активности. Высказывается мнение, что солнечная активность оказывает влияние на многие геологические процессы, как следствие – катаклизмы, а также на социальную активность человеческого общества. На многие процессы в живой природе влияют: вращение Земли вокруг своей оси, обращение Земли вокруг Солнца, циклы солнечной активности.

2. Устойчивость. Преобладание в динамической системе внутренних взаимодействий над внешними взаимодействиями определяет ее устойчивость и способность к самосохранению. В настоящее время устойчивость системы называют гомеостазом.

Гомеостаз – это совокупность механизмов, устраняющих факторы, нарушающие внутреннее динамическое равновесие системы. Они способствуют возвращению системы в устойчивое положение. Поэтому возможен самостоятельный возврат природной системы к состоянию динамического равновесия, из которого она была выведена воздействием природных или техногенных сил. Гомеостатические механизмы поддерживают стабильность экосистем.

Биосфера за свою историю пережила ряд катастроф, многие из которых были значительными по масштабам (извержение вулканов, встречи с астероидами, глобальные оледенения, землетрясения и т.д.), но справлялась с ними. Отдельные региональные (крупные) экологические катастрофы она, как видим, гасить уже не всегда в силах, как следствие – распад экосистем (опустынивание земель), появление неустойчивых урбанизированных мегаполисов, исчезновение многих видов растительного и животного мира и т.д.

3. Эмерджентность (от анг. еmergent – внезапно возникающий) – наличие у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам. Это особое свойство системы, которое отсутствует у ее частей. Невозможно постичь свойства системы лишь на основании свойств составляющих ее частей, решающее значение при этом имеет взаимодействие между элементами. Например, водород и кислород, находящиеся на атомарном уровне, при соединении образуют молекулу воды. Она обладает совершенно новыми свойствами. Принцип эмерджентности имеет весьма важное значение для экологического мышления: одно дерево не может составить леса; лес возникает лишь при определенных условиях – достаточной густоте древостоя, соответствующей флоре и фауне, сформированных биоценозах и других условиях. Экосистема определенного вида сохраняется лишь при определенном сочетании экологических компонентов. Эмерджентные свойства необходимо учитывать при экологической экспертизе и прогнозировании; она лишает смысла однокомпонентного подхода к природным явлениям.

4. Разнообразие. Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием. Разнообразие обусловливается многими факторами. Это и разные условия среды жизни, разнообразие географических зон, геохимических провинций и т.д., где существует около 2 млн. видов (1,5 млн. животных, 0,5 млн. растений). Многообразие видов возникло как результат присущей организмам изменчивости, микро- и макроэволюционных процессов. Это многообразие форм способствует дальнейшему усложнению компонентов биосферы и повышению целостности ее как системы.

Практически вся без исключения деятельность человека приводит к оскудению экосистем любого ранга (резко уменьшились площади лесов, их было до человека 70 % суши, а сейчас – не более 20–23 %), количество животных, растений и т.д. Видовая насыщенность культурных земель сведена человеком до минимума (как правило, один вид). Это делает растения крайне уязвимыми для вредителей. Не случайно, что биологическое разнообразие отнесено Конференцией ООН по ОС и развитию (1992 г.) к числу трех важнейших экологических проблем, по которым приняты специальные заявления и Конвенции о сохранении разнообразия видов, лесов, предотвращении изменения климата.

Для сохранения устойчивости биосферы и механизма биотической регуляции окружающей среды потребление человечества не должно превышать 1 % чистой первичной продукции глобальной биоты. Современное прямое потребление цивилизацией биосферной продукции суши составляет около 10 %, т.е. на порядок больше допустимого порогового значения.

С момента своего появления на Земле человек постоянно сталкивается с необходимостью борьбы за жизнь, с неблагоприятными условиями природы, со стихийными факторами, с непредсказуемостью даже ближайшего будущего.

Овладев культурой изготовления орудий труда, воспроизводством пищи, устройством жилищ, человек в значительной степени изолировал себя от неблагоприятных факторов среды. При этом запросы человека постоянно росли, что требовало расширения и интенсификации производства. Человек все меньше применял свою мускульную энергию, но все больше использовал природные материалы и источники энергии. Такое положение, с одной стороны, в значительной степени оградило человека от многих факторов риска, но с другой стороны, породило целый ряд новых.

Деятельность человека по преобразованию природы привела к возникновению относительно новых для него же условий существования. Появились, так называемые, «вторая природа» и «третья природа». «Вторая природа» – изменения природной среды, искусственно вызванные людьми и характеризующиеся отсутствием самоподдержания, то есть постепенно разрушающиеся без поддерживающего влияния человека (пашни, лесопосадки, искусственные водоемы и др.). «Третья природа» – искусственный мир, созданный человеком и не имеющий вещественно-энергетической аналогии в естественной природе (города, внутреннее пространство помещений, асфальт, бетон, синтетика и др.).

В результате окружающая человека природная и искусственная среда стала меняться столь быстро, что организм человека зачастую уже просто не успевает адаптироваться ко многим переменам. Это привело к изменению в структуре заболеваемости и массовому появлению новых болезней.

Одним из выходов из сложившейся ситуации называют коэволюцию, то есть совместную эволюцию, человека и природы, смысл которой в снижении масштабов и темпов человеческой деятельности по изменению условий окружающей природной среды, чтобы человек (да и другие живые организмы) успевал приспосабливаться к меняющимся условиям обитания.

Источник