Биосфера и ее границы. Биомасса поверхности суши, Мирового океана, почвы. Живое вещество и его функции - ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ - ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЕГЭ

Впервые о биосфере как «области жизни» писал Ж. Б. Ламарк. Собственно термин «биосфера» в 1875 г. предложил австрийский ученый Э. Зюсс. Учение о биосфере как оболочке Земли, населенной живыми организмами, создал академик В. И. Вернадский.

Биосфера — это особая наружная оболочка Земли, чей состав, структура и энергетический потенциал определяются совместной деятельностью живых организмов, то есть это область распространения жизни.

Биосфера включает в себя:

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 — формируется без участия живых организмов (вулканизм, геотектонические процессы, метеориты и т. д.).

4. Биокосное вещество — создается живыми организмами вместе с неживой природой (почвы).

Биосфера включает в себя три основные оболочки Земли: атмосферу, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Границы биосферы определяются абиотическими факторами, которые ограничивают существование живых организмов. Верхняя граница биосферы проходит на высоте около 20 км от поверхности Земли и зависит от озонового слоя, который задерживает ультрафиолетовое излучение. В гидросфере жизнь обнаружена на всех глубинах Мирового океана вплоть до 11 км. В литосфере живые организмы встречаются до глубины 3,5-7,5 км в зависимости от температуры земной коры и от уровня проникновения жидкой воды.

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. Для дыхания всем живым организмам необходим кислород; 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 — это твердая оболочка Земли, которая 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 опадом, следующий — гумусовый слой, обеспечивающий плодородие почв, и третий, состоящий в основном из смеси песка и глины.

Живое вещество — это, по определению Вернадского, главное вещество биосферы. 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.

В биосфере живое вещество выполняет ряд важнейших функций: газовую, окислительно-восстановительную и концентрационную.

Газовая функция состоит в выделении и поглощении газов живыми организмами. Благодаря их деятельности около 2 млрд. лет назад в атмосфере Земли началось накопление свободного кислорода, а затем сформировался озоновый экран. Современный газовый состав атмосферы поддерживают зеленые растения в результате процессов дыхания и фотосинтеза. При гниении органических веществ в атмосферу выделяются аммиак и сероводород. Определенные группы бактерий утилизируют эти вредные для других организмов газы и переводят их в соединения, которые усваиваются растениями.

С газовой функцией живого тесно связана окислительно-восстановительная функция. Превращение веществ и энергии в живых организмах представляет собой цепь окислительно-восстановительных реакций: это процессы фотосинтеза, хемосинтеза, дыхания. Образование органических веществ при автотрофном питании и их разложение в процессе дыхания непосредственно замыкаются на газообмен между организмами и окружающей средой. То же самое относится к обмену веществ и у гетеротрофных организмов.

Концентрационная функция живого заключается в способности живых организмов накапливать в своих телах различные химические элементы в виде органических и неорганических соединений. Например, железобактерии аккумулируют из среды обитания железо, фораминиферы, кишечнополостные, моллюски — кальций, радиолярии, хвощи — кремний, губки — йод и т. д. Содержание некоторых элементов в телах живых организмов во много раз превышает их содержание в земной коре. Так, в растениях углерода содержится в 200 раз, а азота в 30 раз больше, чем в земной коре. Живые организмы обеспечивают интенсивную миграцию элементов (железа, марганца, серы, фосфора и др.). В результате деятельности живого вещества на Земле образовались залежи органоминерального топлива и почвы.