Состав и строение биосферы

Содержание

 

Состав и строение биосферы…………….…………………………………3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

 

Состав  и строение биосферы

 

Биосфера – это оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в значительных чертах определены прошлой или нынешней деятельностью живых организмов. Она состоит из нескольких геосфер, в том числе внешней твердой оболочки земного шара - литосферы, гидросферы и тропосферы - нижнего слоя атмосферы (см. рис. 1).

 

 

 

Рис.1. Состав биосферы

 

Французский ученый Жан Батист Ламарк в 1809 году  впервые изложил принципы эволюционного становления мира, тем самым положив начало диалектико-материалистическому толкованию биологической науки. В 1875 году австрийский геолог Эдуард Зюсс ввел новое понятие – «биосфера», а позже последователь Чарльза Дарвина немецкий биолог Эрнст Геккель, усваивая происхождение живой природы, дал ей определение.

Российский естествоиспытатель, мыслитель и общественный деятель Владимир Иванович Вернадский впервые подошел к изучению биосферы с геохимических и геологических позиций. Учение Вернадского о биосфере и ноосфере играет значительную роль в современной научной картине мира. Оно стало свидетельством перехода естествознания от аналитического этапа развития, ознаменовавшегося появлением фундаментальных наук к синтетическому этапу. В создании учения о биосфере немаловажное значение имела не только способность Вернадского к синтезу теоретических достижений различных областей естествознания, но и огромный практический опыт, накопленный им в многочисленных геолого-минералогических, почвенных и радиологических экспедициях. Биосфера, по Вернадскому, - это целостная биогеохимическая оболочка нашей планеты, развивающаяся по своим внутренним законам. Термин «биосфера» означает оболочку Земли, населенную живыми организмами – это является первой особенностью биосферы. Вторая особенность заключается в том, что биосферу можно анализировать как область земной коры, которая занята трансформаторами, переводящими космические излучения в земную энергию - механическую, электрическую, химическую, тепловую.

Биосфера охватывает область жизни и иные структуры Земли, генетически связанные с живым веществом. По мнению Вернадского, вещество биосферы состоит из следующих взаимосвязанных частей (см. рис.2):

 

 

 

Основные составляющие биосферы

Живое вещество

Биогенное вещество

Костное вещество

Биокостное  вещество

Радиоактивное вещество

Рассеянное  вещество

Вещество космического происхождения

 

Рис.2. Составляющие биосферы

 

Биосфера мозаична по структуре и составу, отражает неоднородность Земли (моря, океаны, озера, горы, равнины) и неравномерность в распределении живого вещества по планете, слагаясь из отдельных относительно самостоятельных частей. Эти части получили название «биогеоценоз». Термин «биогеоценоз» ввел русский ученый Владимир Николаевич Сукачев в 1948 году. Это понятие близко к понятию «экосистема».

Максимальное содержание живого вещества гидросферы относится к мелководьям, минимальное - к глубинным акваториям; на суше неравномерность выражается в мозаике биогеоценотического покрова (леса, степи, болота, пустыни) с минимальной плотностью живого вещества в высокогорьях, пустынях и полярных областях.

Состав биосферы - это живое и неживое вещество (живые организмы и инертная материя). Основная масса живого вещества сконцентрирована в зоне пересечения трех оболочек планеты: атмосферы, гидросферы и литосферы. К неживому веществу биосферы относится составная часть этих оболочек, связанная с живым веществом циркуляцией вещества и энергии.

Важной составляющей биосферы является живое вещество - совокупность живых организмов. «Живые организмы, - писал Вернадский, - являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей. Для того, чтобы в этом убедиться, мы должны выразить живые организмы как нечто целое и единое. Так выраженные организмы представляют живое вещество, то есть совокупность всех живых организмов, в данный момент существующих, численно выраженное в элементарном химическом составе, в весе, в энергии. Оно связано с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием, питанием и размножением».

Общая масса живого вещества в биосфере составляет лишь незначительную часть массы биосферы. Но Вернадский считал живое вещество самым мощным геохимическим и энергетическим фактором развития планеты.

Основной источник биохимической  активности организмов - солнечная  энергия, применяемая в процессе фотосинтеза. Существование биосферы определяется сложным процессом фотосинтеза, в результате чего солнечная энергия преобразуется в органические соединения, представляющие собой основу жизни. Интенсивность фотосинтеза земных растений образует первичную продукцию (см. рис.3.).

Также существует вторичная продукция фотосинтеза - образуется в процессе передачи энергии от растительных организмов к растительноядным животным и биоредуцентам - потребителям мертвого органического вещества.

 

Рис.3. Процесс фотосинтеза

 

Структурной единицей биосферы является экосистема, характеризующая  собой совокупность на определенном участке земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, растительности, животного мира, почвы).

В структуре экосистемы выделяют следующие четыре звена:

- неживая природа;

- живые растения (первичные продуценты);

- организмы, живущие за счет питательных веществ, созданных продуцентами - консументы, которые образуют вторичную продукцию;

- организмы, разлагающие  органические соединения до исходных  продуктов - редуценты (бактерии, грибы, простейшие).

Во всех экосистемах между их отдельными компонентами происходит обмен энергией  и обмен различных веществ (азота, фосфора, кислорода), циркуляция которых происходит по замкнутому пути. Взаимодействие между компонентами биоценоза происходит через определенные элементы среды, действующие на биологические объекты.

Отдельные элементы среды, воздействующие на организмы и вызывающие в них приспособительные реакции, называются экологическими факторами. Факторы среды многообразны. Они могут быть необходимы или вредны для живых существ, способствуют или препятствуют их выживанию и размножению. Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Они делятся на:

1. абиотические факторы (факторы неживой среды);
2. биотические (связанные с влиянием живых существ);
3. антропогенные (связанные с деятельностью человека).

В неживом компоненте биосферы различают:

1) биогенное вещество – является результатом жизнедеятельности организмов (нефть, каменный уголь, торф, природный газ);

2) биокосное вещество - формируется совместно организмами и небиологическими процессами (почвы, илы, природная вода);

3) косное вещество – не является продуктом жизнедеятельности организмов, но входит в биологический круговорот (вода, атмосферный азот, соли металлов).

Границы биосферы определены приблизительно. Биосферу считают ограниченной на высоте 20 - 25 км озоновым слоем, защищающим живые существа от разрушительного воздействия жесткого излучения.

В гидросфере жизнь распространена повсюду. Общее количество воды на планете составляет 1386 млн. км3, на долю Мирового океана приходится 1338 млн.км3, (96,5%), на долю пресных вод - 35 млн.км3, из которых 69,6% составляют ледники и снежный покров. Вторым по объему источником пресных водных ресурсов являются подземные воды - 30% общего их количества.

Большое значение для жизни организмов имеет концентрация в воде кислорода и углекислого газа. В морях и океанах различают пять типов сгущений жизни:

1) шельфовые прибрежные - эта зона богата кислородом, органикой и другими питательными веществами, поступающими с суши;

2) апвелинговые сгущения - образованы на местах восходящих потоков (Калифорнийский, Сомалийский, Бенгальский);

3) рифовые - коралловые рифы, изобилующие водорослями и моллюсками, иглокожими, кораллами и рыбой. Основной продуцент рифовых экосистем - микроскопические водоросли, поэтому рифы находятся на глубинах не более 50 м, им требуется прозрачная теплая вода с определенной соленостью;

4) саргассовые сгущения - поля плавающих на поверхности бурых и багрянниковых водорослей с множеством воздушных пузырьков. В основном имеют распространение в Саргассовом и Черном морях;

5) абиссальные рифтовые придонные сгущения - формируются на глубине до 3 км вокруг горячих источников на разломах океанической коры (рифтах). В этих местах выносится из земных недр сероводород, ионы железа и марганца, соединения азота (аммиак, оксиды), питающие хемотрофные бактерии - продуценты, потребляемые более сложными организмами - моллюсками, крабами, раками, рыбами и огромными сидячими червеобразными животными рифтиями. Эти организмы не нуждаются в солнечном свете.

В море преобладает разнообразие животных, а на суше - растений. Только покрытосеменные составляют 50% видов, а морские водоросли - всего 5%. Общая биомасса на суше представлена на 92% зелеными растениями, а в океане 94% составляют животные и микроорганизмы.

Атмосфера состоит из азота, кислорода, аргона (1%), углекислого газа (0,03%) и озона. От состояния атмосферы зависит жизнедеятельность организмов суши и водных существ. Кислород используется для дыхания и минерализации отмирающего органического вещества. Углекислый газ необходим для фотосинтеза.

Биомасса планеты обновляется  в среднем каждые 8 лет, растения суши - за 14 лет, океана - за 33 дня (фитопланктон - ежедневно). Вся вода проходит через живые организмы за 3 тысячи лет, кислород — за 2-5 тысяч лет, а углекислый газ атмосферы - всего за 6 лет. Более длительны циклы углерода, азота и фосфора. Биологический круговорот не замкнут, около 10% вещества уходит в виде осадочных отложений и захоронений в литосферу.

Литосфера представляет собой верхнюю твердую оболочку Земли. Основным ее элементом являются недра - залежи минеральных ресурсов, содержащихся в Земле вплоть до ее ядра.

Биосфера включает часть атмосферы до высоты озонового экрана (20 - 30 км), часть литосферы (кору выветривания) и всю гидросферу (около 11 км).

Масса биосферы составляет всего 0,05% массы Земли, а ее объем - около 0,4%. Общая масса живого вещества составляет 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, но роль живых организмов в геохимических процессах очень значительна. Ежегодная продукция живого вещества составляет около 200 млрд. тонн сухого веса органики, в процессе фотосинтеза 70 млрд. тонн воды реагирует с 170 млрд. тонн углекислого газа. Ежегодно жизнедеятельность организмов вовлекает в биогенный круговорот 6 млрд. тонн азота, 2 млрд. тонн фосфора, железа, серы, магния, кальция, калия и других элементов. Человечество, используя многочисленную технику, добывает около 100 млрд. тонн полезных ископаемых в год.

Жизнедеятельность организмов вносит существенный вклад в планетарный круговорот веществ, осуществляя его регуляцию, жизнь служит мощным геологическим фактором, стабилизирующим и преображающим биосферу.

В заключении можно сделать  вывод, что биосфера - это совокупность всех экосистем (биогеоценозов), распространенных в пределах геосфер, с которыми взаимодействует живая оболочка Земли.

Основными свойствами биосферы являются:

- непрерывность развития органического мира Земли;

- мозаичность строения биосферы;

- круговорот элементов, входящих в состав живых организмов;

- постоянное и быстрое обновление живого вещества биосферы.