Чем определяются границы распространения живых организмов в биосфере

Какие факторы определяют границы биосферы в атмосфере

Что такое биосфера — особенности состава и строения

Биосфера — это заселенная живыми организмами оболочка Земли, глобальная экосистема планеты.

Первым концепцию биосферы, а также данные о ее строении изложил французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк. Это произошло в начале XIX века. Однако само понятие было сформулировано и введено в научную терминологию лишь в 1875 году австрийским биологом Эдуардом Зюссом.

Биосфера выполняет 3 основных функции:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

1. Поддерживает стабильность газового состава атмосферы.
2. Обеспечивает концентрацию в телах живых организмов химических веществ, позже участвующих в образовании полезных ископаемых.
3. Аккумулирует и трансформирует солнечное излучение, перераспределяя его между формами жизни.

В ее состав входит несколько образующих единую структуру элементов:

1. Живое вещество — совокупность населяющих планету живых организмов.
2. Биогенное вещество — комплекс создаваемых и перерабатываемых живыми организмами соединений.
3. Косное вещество — продукт, в образовании которого не задействованы живые организмы.
4. Биокосное вещество, образованное живыми организмами и косными процессами.
5. Создающиеся под воздействием космических излучений рассеянные атомы.
6. Соединения космического происхождения.
7. Вещества, проходящие период радиоактивного распада.

Современную биосферу населяет 3 млн видов животных, растений, грибов, бактерий. Человек тоже является одним из ее компонентов.

Биосфера начала свое формирование 3,8 млрд лет назад, когда на Земле зародились первые живые организмы.

Где проходят границы биосферы

Границы оболочки определяют по наличию живых организмов или следов их жизнедеятельности. Биосфера включает в себя:

• нижние слои атмосферы;
• всю гидросферу;
• верхнюю часть литосферы.

К основным факторам, определяющим границы, относят температуру и присутствие или отсутствие ультрафиолета. Это естественные природные условия, способные оказывать влияние на организм.

Где проходит верхняя и нижняя границы биосферы

Верхняя граница проходит в атмосфере на высоте 20 км — так высоко проникают только поднимающиеся восходящими потоками воздуха споры микроорганизмов.

Нижняя граница располагается в литосфере на глубине 5–7 км. В более глубоких слоях отсутствуют подземные воды, фиксируется неподходящая для жизни температура.

Гидросфера заселена полностью, по всей толщине. Даже на дне Марианской впадины, на глубине более 11 тысяч километров ученым удалось обнаружить самые разные живые существа: морских животных, бактерии.

Несмотря на полное заселение гидросферы, большинство обитателей водных просторов все же предпочитают проживать на глубине 150–200 м от водной поверхности. Неравномерное распределение связано с тем, что на такую глубину проникает солнечный свет. Благодаря свету выживают растения, имеющие большое значение для питающихся ими рыб, животных.

Границы распространения организмов в биосфере

Границы распространения в биосфере живых организмов определяются несколькими факторами:

• интенсивностью ультрафиолетового излучения;
• уровнем содержания кислорода в воде, воздухе, грунте;
• температурой окружающей среды;
• давлением.

Сильное отклонение этих факторов от нормальных значений является причиной исчезновения живых организмов, их вынужденной миграции в зоны с более комфортными природными условиями.

Увеличение температуры почвы в зоне проснувшегося вулкана заставляет мелких грызунов и насекомых переселяться со склонов, переходить на отдаленные от жерла территории.

Характеристика биосферы как глобальной экологической системы

Вопрос 1. Расскажите о структуре биосферы.
Биосфера — это та часть Земли, в пределах которой существует жизнь (причем в активной форме, а не в виде спор, пыльцы и т. п.). Также биосферу можно определить как особую оболочку Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью всех живых организмов нашей планеты. Структурно биосфера охватывает часть воздушной оболочки (атмосферы), водную оболочку (гидросферу) и верхнюю часть литосферы. Она состоит из нескольких взаимосвязанных типов вещества:
1. Живое вещество — совокупность всех живых организмов (микроорганизмов, грибов, растений, животных).
2. Биогенное вещество — это минеральные или органические — вещества, созданные в результате жизнедеятельности живых организмов (газ, нефть, каменный уголь, известняки, трепел и т.д.).
3. Косное вещество — это вещества, которые формируются без участия живых организмов (в результате вулканизма, геотектонических процессов, падения метеоритов и т.д.).
4. Биокосное вещество — создается живыми организмами вместе с неживой природой (почвы).

Вопрос 2. Охарактеризуйте оболочки Земли, в которых обитают живые организмы, — атмосферу, гидросферу и литосферу.
Атмосфера, или газовая оболочка Земли, состоит из смеси газов: азота, кислорода, углекислого газа, озона и инертных газов. Атмосфера оказывает огромное влияние на физико-химические и биологические процессы на поверхности земли и в водной среде: кислород необходим всем живым организмам для дыхания; углекислый газ — источник углерода при фотосинтезе и хемосинтезе; азот в результате деятельности азотфиксирующих бактерий переходит в форму нитратов, усваиваемых растениями.
Гидросфера, или водная оболочка Земли, составляет около 70 % поверхности Земного шара. Наибольшие запасы воды сосредоточены в Мировом океане (до 95 %), остальные 5 % приходятся на пресные водоемы (озера, реки и т.д.). В воде обитает огромное количество живых организмов, причем их типовое разнообразие значительно выше, чем на суше. Состояние гидросферы — важнейший фактор, определяющий климатические условия различных географических областей.
Литосфера— твердая оболочка Земли — включает в себя земную кору и верхнюю часть мантии. Жизнь в литосфере главным образом сосредоточена в ее верхнем плодородном слое — почве, глубина которого не превышает нескольких метров. В строении почвы выделяют несколько горизонтов (сверху вниз): верхний, называемый спадом, следующий — гумусовый слой, обеспечивающий плодородие почв, и третий, состоящий в основ¬ном из смеси песка и глины.

Вопрос 3. Чем определяются границы распространения живых организмов в биосфере?
Границы распространения живых организмов в биосфере определяются абиотическими факторами: количеством осадков, температурой, давлением, содержанием кислорода, уровнем ультрафио-летового излучения и др. Там, где эти факторы сильно отклоняются от оптимальных значений, жизнь становится невозможной (высокогорье, полярные зоны, пустыни, вулканы, пещеры).
Признаки жизни в атмосфере обнаруживаются вплоть до высоты 20 км (уровень озонового слоя), где можно встретить споры, бактерий, мельчайших членистоногих. Однако полноценные экоси-стемы располагаются вблизи поверхности планеты (в горах — до высоты 3-5 км). Водная оболочка Земли заселена практически полностью; живые организмы встречаются даже на дне Марианской впадины (глубина более 11 км). Вместе с тем основная часть биомассы сосредоточена в верхних слоях гидросферы, где возможно существование фотосинтетиков. Жизнь в литосфере почти полностью сосредоточена в почве, толщина которой может достигать нескольких метров. Однако бактерии в месторождениях полезных ископаемых (например, нефти) обнаружены на глубине до 3-4 км.

Вопрос 4. Как формируется биокосное вещество биосферы?
Биокосное вещество образуется в результате взаимодействия живых организмов и неорганической природы. Примерами биокосного вещества являются ил и почва. Первый этап почвообразования — это почти исключительно физико-химические процессы: солнечные лучи вызывают неравномерное нагревание горных пород, происходит их выветривание, вымывание и т. д. Но параллельно с этим начинают действовать и постепенно выходят на первый план биологические факторы: накопление органических остатков и за счет активности редуцентов формирование перегноя и гумуса. Начальные шаги в этом направлении осуществляют «пионеры жизни» — лишайники и цианобактерии, способные существовать практически на голых камнях и ускорять их разрушение. Затем, по мере накопления доступных для высших растений запасов минеральных веществ, к почвообразованию подключаются мхи, травы, кустарники и т.д.

Вопрос 5. Охарактеризуйте распределение биомассы на земном шаре.
В пределах границ биосферы живое вещество распределено очень неравномерно. В высоких слоях атмосферы, в глубине гидросферы и литосферы живые организмы встречаются редко. Жизнь главным образом сосредоточена на границе этих трех сред. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2 % представлена растениями и только 0,8 % составляют грибы, животные и микроорганизмы. В Мировом океане это соотношение меняется: на долю растений приходится 6,3 % биомассы, а на долю животных и микроорганизмов — 93,7 %. Масса живого вещества составляет около 0,01—0,02 % от косного вещества биосферы, однако живые существа играют ведущую роль в геохимических процессах на Земле. Деятельность живых организмов является основой, обеспечивающей круговорот веществ в природе. Ежегодная продукция живого вещества в биосфере составляет около 232 млрд тонн сухого органического вещества. Оно постоянно преобразуется и разлагается, поставляя вещества и энергию, необходимые для обмена веществ всех живых организмов. Плотность биомассы увеличивается от полюсов к экватору, что в первую очередь связано с климатическими факторами. Максимальная плотность наблюдается в тех районах, которые в течение всего года обеспечены теплом и влагой (тропические леса, мелководье теплых морей и пр.).

• Назад
• Вперёд

• Вы здесь:  
• Главная
• Биология
• В.И. Сивоглазов-10кл
• Биосфера – глобальная экосистема | Параграф 5. 8

§ 64. Биосфера – живая оболочка Земли

Ответ. Как земная оболочка, населенная организмами и несущая следы их жизнедеятельности, биосфера распределена в атмосфере, гидросфере и литосфере. Среди компонентов биосферы выделяют следующие вещества: живое, биогенное, косное, биокосное, радиоактивное, космогенное, а также рассеянные атомы элементов. Области биосферы определяются рас¬пространением организмов в геологических оболочках Земли.

Вопрос 1. Что такое биосфера? С именами каких учёных связано развитие представлений о биосфере? Какой вклад они внесли в учение о биосфере?

Ответ. Биосфера (от греч. bios – жизнь и sphaire – шар) – оболочка, Земли состав, структура и энергетика которой определены деятельностью живых организмов.

Первое представление о биосфере как «области жизни» связано с именем Ж. Б. Ламарка. Сам термин «биосфера» ввёл в науку в 1875 г. австрийский учёный Э. Зюсс, обозначив её как тонкую плёнку жизни на земной поверхности, которая в значительной мере определяет «лик Земли». Однако ни Ламарк, ни Зюсс не развили представлений о биосфере и не дали её научного толкования. Только в 1911 г. в лекциях студентам Сорбонны отечественный учёный В. И. Вернадский впервые дал определение этого научного понятия. С именем Вернадского связано и создание учения о биосфере. Согласно ему биосфера включает совокупность всех живых тел природы и их остатков, а также части атмосферы, гидросферы и литосферы, населённые организмами или несущие следы их жизнедеятельности. Позднее в труде «Биосфера» (1926) В. И. Вернадский дал уточнённое определение живой оболочки Земли, согласно которому она «. представляет собой определённую геологическую оболочку, резко отличную от всех других оболочек нашей планеты. Живое вещество проникает всю биосферу и её в значительной мере создаёт». Основываясь на работах К. А. Тимирязева о роли растений в преобразовании солнечной энергии, В. И. Вернадский создал учение о том, что живое вещество, трансформируя солнечную энергию, вовлекает неорганическую материю в круговорот.

Вопрос 2. Из каких компонентов состоит биосфера? Как компоненты биосферы взаимосвязаны между собой? Ответ проиллюстрируйте примерами.

Ответ. В составе биосферы выделяют живое, биогенное, косное, биокосное, радиоактивное, космогенное вещества и рассеянные атомы элементов.

Живое вещество представлено совокупностью всех организмов, существующих в данный момент на нашей планете. Организмы прошлых геологических эпох составляют палеобиосферы, которые представлены в современной нам биосфере в виде биогенного и биокосного вещества. Биогенное вещество образовано соединениями и полезными ископаемыми (известняк, нефть, газ, уголь, торф), созданными организмами палеобиосфер, а косное вещество (горные породы, минералы) – процессами, в которых живые тела природы не участвовали. Сложное происхождение в биосфере имеет биокосное вещество (почва, грунт водоёмов), образованное одновременно организмами и абиогенными процессами. Радиоактивное вещество биосферы составляют радиоактивные руды и конечные продукты их распада. Космогенное вещество представлено метеоритами и космической пылью, непрерывно выпадающими на Землю из космоса. Кроме того, в биосфере есть рассеянные атомы элементов (С, Н, О, N, Р, S, Fe, Mg, Mn, Си, Zn, Са, Na, К и др.).

Самым активным компонентом биосферы является её живое вещество. Его биомасса для современного нам геологического периода (антропогена) представляет постоянную величину, составляющую в сухом весе 2,4 • 1012 т. Если живое вещество распределить по поверхности нашей планеты равномерно, то оно покроет её слоем толщиной в 2 см. На самом деле живое вещество распределено в биосфере Земли крайне неравномерно – наибольшая его концентрация наблюдается в так называемых «плёнках жизни»: в почве и на её поверхности, в верхних слоях Мирового океана, приземном слое воздуха и т. п.

Вопрос 3. Назовите области распространения живого вещества в геологических оболочках Земли. Где наблюдается наибольшая концентрация живого вещества? Объясните почему. Какое значение это имеет для биосферы?

Ответ. Области биосферы определяются распространением организмов в геологических оболочках Земли. В атмосфере в основном заселён её нижний слой – тропосфера. Здесь встречаются организмы, живущие на поверхности почвы и поднимающиеся над ней. Объём тропосферы, в которой распространена жизнь, составляет 7,5 млн км3. В литосфере организмы населяют главным образом почву. В ней обитают бактерии, простейшие, черви, клещи, насекомые, роющие млекопитающие и др. Объём почвенного слоя, в котором обнаруживается жизнь, составляет 100 тыс. км3. Гидросфера образована морями, океанами, озёрами, реками и пещерными водными объектами, где организмы встречаются практически повсеместно, заселяя около 1,4 млрд км3.

Самая высокая концентрация живой массы в биосфере наблюдается в зонах соприкосновения различных геологических слоев: литосферы и атмосферы, гидросферы и атмосферы, гидросферы и литосферы. Именно у поверхности суши и океана создаются наиболее благоприятные условия для жизни: оптимальная температура, высокая влажность, насыщенность кислородом и другими химическими элементами, необходимыми для пита­ния и жизнедеятельности организмов.

На суше живое вещество распределено очень неравномерно. Его масса от полюсов к экватору увеличивается. Самое большое разнообразие и, соответственно, биомасса растений во влажных тропических лесах. В Мировом океане биомассы в 1000 раз меньше, чем на суше.

Вопрос 4. Каковы функции живого вещества в биосфере? Почему среди функций живого вещества биосферы отдельно выделена биогеохимическая деятельность человека? В чём она проявляется? Каково её значение для биосферы?

Ответ. Живое вещество выполняет в биосфере ряд важнейших функций.

Энергетическая функция живого вещества состоит в осуществлении связи биосферных процессов с космическими, главным из которых является вовлечение организмами в энергетические потоки солнечного излучения.

Газовая функция живого вещества проявляется в том, что, потребляя и выделяя газообразные соединения, организмы поддерживают постоянство газового состава атмосферы.

Концентрационная функция живого вещества обусловлена накоплением в телах организмов ряда химических элементов (углерода, водорода, кислорода, кремния, фосфора и др.) и их соединений.

Окислительно-восстановительная функция живого вещества связана с окислением и восстановлением в процессе жизнедеятельности организмов ряда химических соединений.

Транспортная функция живого вещества связана с ростом, размножением и перемещением в пространстве организмов. Эти процессы приводят к биогенной миграции атомов, круговороту веществ в природе и распространению живого вещества по планете.

Деструктивная функция живого вещества проявляется в процессах, связанных с разложением тел организмов после их смерти. В результате выполнения организмами этой функции органические остатки минерализуются и превращаются в неорганические соединения, образуя косное, биогенное и биокосное вещество биосферы.

Средообразующая функция живого вещества состоит в изменении физико-химических параметров среды в результате жизнедеятельности организмов.

По масштабности воздействия на живую и неживую природу среди функций живого вещества в биосфере особо выделяют биогеохимическую деятельность человека. Она проявляется в использовании всё возрастающего количества вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства. Благодаря биогеохимической деятельности человека в биосфере создан антропогенный круговорот. В нём миграция атомов достигает планетарного масштаба, по объёму более чем в два раза превышающего перемещение атомов элементов при естественных процессах.

Вопрос 5. Биомасса живого вещества Мирового океана, при его огромной площади почти в тысячу раз меньше, чем на суше. Причём основную часть её составляют животные (93,7 %), на растения приходится всего 6,3 %. Объясните эти факты.

Ответ. Биомасса Мирового океана –совокупность всех живых организмов, населяющих основную часть гидросферы Земли. Как упоминалось, ее биомасса значительно меньше биомассы суши, причем отношение растительных и животных организмов здесь прямо противоположное. В Мировом океане на долю растений приходится лишь 6,3 %, а животные составляют 93,7 %. Это связано с тем, что использование солнечной энергии в воде составляет всего 0,04 %, тогда как на суше – до 1 %.

В водной среде растительные организмы представлены главным образом одноклеточными водорослями фитопланктона. биомасса фитопланктона мала, нередко меньше Биомассы питающихся за его счёт животных. Причиной является интенсивный обмен веществ и фотосинтез одноклеточных водорослей, обеспечивающий высокую скорость прироста фитопланктона. Годовая продукция фитопланктона в наиболее продуктивных водах не уступает годовой продукции лесов, биомасса которых, отнесённая к той же площади поверхности, в тысячи раз больше.

Вопрос 6. Перечислите функции живого вещества биосферы. С какими организмами они связаны и в чём проявляются? Перечертите в тетрадь и заполните таблицу.

Границы биосферы

Границы биосферы – это границы существования жизни. Верхняя граница проходит на высоте около 20 км. Она обусловлена, в первую очередь, существованием озонового слоя, который поглощает губительное для жизни ультрафиолетовое излучение Солнца. Нижняя граница в литосфере определяется проникновением влаги и доходит до 3 км (в нефтяных месторождениях были найдены бактерии на глубине до 3 км).

В гидросфере жизнь существует на всех глубинах Мирового океана, и поэтому простирается до 10 – 11 км. Таким образом, биосфера Земли включает в себя гидросферу, нижнюю часть атмосферы и верхние слои литосферы.

В настоящее время наша планета рассматривается как единая самоорганизующаяся система, состоящая из внутренних и внешних сфер: ядра, мантии, земной коры, гидросферы, атмосферы, биосферы.

Жизнь распространена по земной поверхности крайне неравномерно и в различных природных условиях принимает вид относительно независимых комплексов – биогеоценозов, или экосистем. Живая часть биогеоценоза носит название биоценоза. Разнообразные процессы и явления, протекающие в биосфере, являются объектом исследований различных наук. Особое место при этом отводится экологии (греч. ойкос – дом, жилище, логос – наука). Впервые этот термин применил Эрнст Геккель. Экология – наука, изучающая сложные взаимоотношения в природе. Человеческое общество с его производством и созданной им искусственной средой – техносферой – также является частью биосферы.

Компоненты биосферы

В биосфере можно выделить несколько составляющих компонент.

1. Живое вещество, под которым Вернадский подразумевал всю совокупность организмов на планете (растения, животные, микроорганизмы). По некоторым оценкам, общая биомасса живых организмов в биосфере составляет около 2,2·10 12 т.

2. Биогенное вещество, представляющее собой не сами организмы, а продукты их жизнедеятельности, в частности, нефть, известняки и т.д.

3. Косное вещество, образование которого не связано с жизнедеятельностью организмов (результат процессов, проходящих в недрах планеты, метеориты). Косное вещество в биосфере в десять тысяч раз превосходит по объему живое вещество.

4. Биокосное вещество, которое является совместным результатом процессов в живой неживой природе (почвы).

Согласно учению Вернадского, живое вещество является наиболее важной составной частью биосферы, поскольку в результате своей жизнедеятельности живые организмы активно преобразуют окружающую среду.

Иерархия живой материи

Иерархия живой материи включает в себя несколько уровней организации.

1. Молекулярный уровень. Он представлен биологическими молекулами, самыми важными из которых являются белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы. На этом уровне реализуются наследственность и изменчивость организмов, обмен веществами и энергией и другие важнейшие свойства живых организмов.

2. Клеточный уровень. Вместе с тем, отдельно взятые органические молекулы еще не являются живыми. Жизнь начинается со следующего уровня – клеточного. Клетка является структурной и функциональной единицей живых организмов, поскольку она способна к росту и размножению. Она может входить в состав живого многоклеточного организма или быть самостоятельным одноклеточным организмом.

3. Тканевый уровень. В ткань объединяются сходные по строению клетки, выполняющие одну функцию. Например, нервная ткань образована нервными клетками – нейронами.

4. Óрганный уровень. В свою очередь функциональное объединение нескольких типов тканей формирует органы, и соответствующий уровень называется органным. Он характерен для животных организмов. В частности, органами животных является кожа, сердце, легкие и т.д. Органы могут объединяться в системы органов, например, система органов кровообращения.

5. Организменный уровень. Он включает в себя целостные организмы, как одноклеточные, так и многоклеточные.

6. Популяционно-видовой уровень. Организмы одного вида, принадлежащие к одному ареалу обитания, объединяются в популяции. Начиная с этого уровня могут протекать элементарные эволюционные процессы.

7. Биогеоценотический уровень. Он включает в себя организмы разных видов вместе со средой их обитания.