Биология. 11 класс

Урок 16. Состав и функции биосферы

«Плёнка жизни»

Состав и функции биосферы

Необходимо запомнить

ВАЖНО!

Термин «биосфера» (от греч. bios – жизнь, sphaira – плёнка) был предложен австралийским учёным Э. Зюссом (1831–1914), который понимал под биосферой совокупность живых организмов Земли.

Учение о биосфере разработано российским учёным, академиком В. И. Вернадским (1863–1945). В. И. Вернадский распространил понятие биосферы не только на живые организмы, но и на геологические оболочки, заселённые ими. По В. И. Вернадскому Земля состоит из четырёх принципиальных типов материи.

Все вещества биосферы подразделяются на четыре группы:

– живое вещество – совокупность живых организмов Земли;

– косное вещество – вещество неживой природы (песок, глина, гранит, базальт);

– биокосное вещество – результат взаимодействия живых организмов с неживой природой (вода, почва, ил);

– биогенное вещество – вещества, создаваемые в результате жизнедеятельности организмов (осадочные породы, каменный уголь, нефть).

Биосфера – оболочка Земли, основная роль в формировании которой принадлежит живым организмам. В состав биосферы входят верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы (тропосфера) и вся гидросфера, связанные между собой сложными круговоротами веществ и энергии. Нижний предел жизни на Земле (до глубины 3 км) ограничен высокой температурой земных недр, верхний предел (20 км) – жёстким излучением ультрафиолетовых лучей (все, что находится на высоте ниже 20 км, защищено от губительного излучения озоновым слоем). Тем не менее, на границах биосферы можно найти, в основном, лишь микроорганизмы (обычно в виде спор); наибольшая же концентрация биомассы наблюдается у поверхности суши и океана, в местах соприкосновения оболочек – литосферы, гидросферы и атмосферы. Организмы, составляющие биосферу, обладают поразительной способностью к размножению и распространению по планете.

Литосфера – «каменная оболочка» Земли – представляет собой верхнюю часть земной коры, изменённой в результате физического, химического и биологического воздействия. Состоит из осадочных пород, ниже которых находятся гранитный и базальтовые слои.

Нижняя граница жизни в литосфере проходит на уровне 4–7 км, ниже проникновение жизни ограничено воздействием высоких температур, отсутствием воды. Наиболее заселены поверхность Земли и верхний слой почвы.

Гидросфера «водная оболочка» образована Мировым океаном и водоёмами суши – реками, озёрам. Много воды находится в подземных водах и ледниках. Гидросфера заселена по всей толщине, живые организмы представлены бентосом, планктоном и нектоном.

Атмосфера подразделяется на тропосферу – нижнюю часть атмосферы, высота которой доходит до 20 км, выше находится стратосфера (до 100 км), ещё выше ионосфера.

Заселена только тропосфера, верхняя граница жизни проходит на высоте около 20 км, куда восходящие потоки воздуха заносят споры микроорганизмов.

В атмосфере, на высоте 15–35 км свободный кислород (О2) превращается в озон (О3), который отражает жёсткий ультрафиолет (свет с длиной волны менее 290 нм), вызывающий мутации в клетках живых организмов.

Функции живого вещества

1. Энергетическая функция, связана с превращением солнечной энергии в энергию химических связей образованного органического вещества.

2. Газовая функция. Фотосинтез, дыхание, деятельность азотфиксирующих и денитрифицирующих бактерий создали атмосферу Земли, содержащую 21 % кислорода, 0,03 % углекислого газа, около 80 % азота. Метан, сероводород – эти газы также биогенного происхождения.

3. Концентрационная функция живого вещества проявляется в захвате и накоплении живыми организмами определённых химических элементов – углерода, кислорода, водорода, азота, калия, натрия, кремния, йода и др.

4. Окислительно-восстановительная функция связана с химическими превращениями веществ в ходе окислительно-восстановительных реакций.

За время существования Земли сменились миллиарды поколений живых организмов. Все они использовали неорганические вещества, органические вещества, а также энергию. Эти ресурсы не исчерпываются, поскольку существует круговорот, т. е. циклический переход вещества и энергии между разными организмами. Благодаря ему вещество нигде не скапливается и постоянно обновляется. Рассмотрим круговорот воды, углерода, азота.

Круговорот воды

Вода – самое распространённое вещество в Биосфере. Основные её запасы сосредоточены в морях и океанах. Пресная вода сосредоточена в ледниках и вечных снегах, а также в подземных водах. Лишь незначительная часть пресных вод заключена в озёрах, реках, болотах и атмосферных осадках. Живые организмы не только потребляют воду, но и отдают её обратно в виде испарения или жидких выделений.

Испарение уходит в атмосферу, а жидкая вода стекает и скапливается в крупнейших водах бассейна. Под действием солнечной радиации вода в бассейне испаряется в атмосферу, переносится на большие расстояния и выпадает в виде осадков и становится доступной для всех живых существ.

Круговорот углерода

Источником его для фотосинтеза служит углекислый газ, находящийся в атмосфере или растворенный в воде. Углерод, связанный в горных породах, вовлекается в круговорот значительно медленнее. В составе синтезированных растением органических веществ углерод поступает, затем в цепи питания через живые или мёртвые ткани растений и возвращается в атмосферу снова в форме углекислого газа в результате дыхания, брожения или сгорания топлива (древесины, нефти, угля и т. п.). Продолжительность цикла углерода равна трём – четырём столетиям.

Круговорот азота

Растения получают азот в основном из разлагающегося мёртвого органического вещества посредством деятельности бактерий, которые превращают азот белков в усваиваемую растениями форму. Другой источник – свободный азот атмосферы – растениям непосредственно недоступен. Но его связывают, т. е. переводят в другие химические формы, некоторые группы бактерий и сине-зелёные водоросли, они обогащают им почву. Многие растения находятся в симбиозе с азотфиксирующими бактериями, обитающими в клубеньках на их корнях. Из отмерших растений или трупов животных часть азота, за счёт деятельности денитрифицирующих бактерий превращается в свободную форму и вновь поступает в атмосферу.

Круговорот воды в природе

Возникновение понятия о биосфере и её границы

Уже сотни людей побывали в космосе и через иллюминаторы космических летательных аппаратов видели внешний облик нашей планеты. Но ещё в начале XX века В. И. Вернадский сумел взглянуть на Землю с ещё более далёкого расстояния и силой могучего воображения увидел главное, что отличает Землю от других планет – наличие на ней «проникнутой жизнью оболочки!»

«…Сейчас в ней происходит бурный рассвет. Мы знаем только маленькую частичку этой непонятной, неясной, всеобъемлющей загадки…» (В. И. Вернадский).

Понятие о биосфере было упомянуто в книге «Гидрогеология» (1802 г.) французским естествоиспытателем Ж. Б. Ламарком. В научном обиходе слово «биосфера» появилось в 1875 г. на страницах книги «Лик Земли» австрийского геолога Э. Зюсса.

Учение о биосфере было создано русским геохимиком В. И. Вернадским в 20–30 годах XX в. В его основу было положено представление о планетарной биогеохимической функции живого вещества и о сложной организации биосферы.

Биосфера занимает нижнюю часть атмосферы, верхний слой литосферы и всю гидросферу. Общая толщина биосферы – около 17 км. Вглубь литосферы организмы проникают примерно на 6–7 км, в гидросфере живые организмы проникают на глубину около 11 км. В атмосфере биосфера занимает только тропосферу.

Основные факторы, определяющие границы биосферы

– Действие ультрафиолетовых лучей (определяет верхний предел жизни).

– Температура земных недр (определяет нижний предел жизни).

Границы биосферы определяются естественными факторами, воздействующими на организм. Основным из них является действие ультрафиолетовых лучей и температуры.

Знаете ли вы, что…

Доказано, что умеренная солнечная радиация вызывает отложение пигмента меланина (загар), благоприятно влияющего на здоровье. И, наоборот, неумеренное солнечное облучение, особенно с 11 до 16 ч. обостряет такие хронические заболевания, как туберкулёз, заболевания женской половой системы, провоцирует образование злокачественной опухоли. Избыток солнечной радиации вызывает старение кожи – одного из важнейших органов человека. Защищаясь от вредного действия лучей, клетки кожи начинают быстро и беспорядочно делиться, чтобы верхний слой кожи утолщался и не пропускал губительный для организма ультрафиолет вглубь тканей. Этот процесс способствует появлению мутантов – видоизменённых клеток, которые и становятся причиной злокачественных опухолей.

Предметы

По алфавиту По предметным областям

Классы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
angle-skew-bottom mix-copy next-copy-2 no-copy step-1 step-2 step-3 step-4 step-5 step-6 step-6