Межі біосфери та оболонки планети Земля. Біосфера охоплює частину атмосфери до висоти озонового шару (20 - 25 км), частину літосфери (2 - 3 км нижче від поверхні) та всю гідросферу (рис. 183). Атмосфера являє собою газувату оболонку, що оточує нашу планету. Суміш газів, що становить атмосферу, називається повітрям. Поширення організмів в атмосфері обмежене озоновим шаром (пригадайте, що таке фотосинтез, § 15). Максимальна висота, на якій виявлено спори бактерій і грибів, сягає 22 км. Гідросфера - водна оболонка планети, сукупність океанів, морів, вод континентів, льодовикових покривів. Вода є основою існування життя на Землі. У гідросфері організми живуть на будь-яких глибинах. Літосфера - верхня тверда оболонка Землі, що зверху межує з гідросферою та атмосферою, які частково проникають у неї. Углиб літосфери організми можуть проникати на незначні глибини. Ґрунт - верхній шар літосфери, що є місцем перебування більшості організмів суходолу. Найбільшу товщину біосфера має на тропічних широтах - 22 км, найменшу - на полярних - 12 км.

Хімічні функції живої речовини. Усі організми в сукупності утворюють біомасу, або, за висловом В. І. Вернадського, живу речовину планети. За масою вона становить близько 0,001 % маси земної кори. Проте роль організмів у процесах, що відбуваються на планеті, є величезною. Саме діяльністю організмів зумовлюються хімічний склад атмосфери, концентрація солей у гідросфері, утворення одних і руйнування інших гірських порід, формування ґрунту - у літосфері. Жива речовина виконує хімічні функції: газову, концентраційну, окисно-відновну й біохімічну.

Рис. 183. Межі біосфери

Проаналізуйте рис. 183. Дайте відповіді на запитання.

• 1. На яку глибину проникає життя в літосфері?
• 2. Яка оболонка Землі повністю входить до складу біосфери?

Газову функцію здійснюють зелені рослини, які під час фотосинтезу виділяють в атмосферу кисень; рослини й тварини, які під час дихання виділяють вуглекислий газ; багато видів бактерій, що відновлюють нітроген із сполук.

Концентраційна функція пов'язана з накопиченням у живій речовині хімічних елементів (Карбону, Гідрогену, Нітрогену, Оксигену, Кальцію, Калію, Силіцію, Фосфору тощо). Окремі види організмів є своєрідними концентраторами деяких елементів (рис. 184).

Окисно-відновна функція виявляється в окисненні речовин за допомогою організмів у ґрунті й гідросфері з утворенням солей, оксидів, а також відновленні речовин. З діяльністю бактерій пов'язане формування вапняків, бокситів, а також залізних, марганцевих і мідних руд.

Біохімічна функція здійснюється під час обміну речовин в організмах (живлення, дихання, виділення), руйнування відмерлих організмів і розщеплення продуктів їхньої життєдіяльності. Ці процеси становлять колообіг речовин у природі.

Колообіг речовин у біосфері. Колообіг речовин - це обмін речовинами між абіотичною та біотичною частинами екосистеми. У біосфері постійно триває колообіг води (рис. 185), Карбону, Оксигену, Нітрогену та інших хімічних елементів, що входять до складу організмів. Розглянемо приклади колообігу речовин у біосфері.

Колообіг Карбону. Під час фотосинтезу рослини засвоюють Карбон, що надходить до листків із повітря у вигляді вуглекислого газу, утворюючи вуглеводи. При цьому відбувається перетворення сонячної енергії в хімічну. Як ви вже знаєте, у цьому полягає космічна роль зелених рослин. Під час дихання рослин частина вуглеводів окиснюється, і вуглекислий газ виділяється в повітря. Більша частина вуглеводів накопичується в рослинах. Крім того, у рослинах утворюються білки й жири.

Рис. 184. Накопичення хімічних елементів організмами

Бурі водорості накопичують Йод. Ламінарія

Ракоподібні та молюски накопичують Купрум: а - Омар північноатлантичний; б - Наутилус помпіліус

Пригадайте інших представників груп організмів, наведених на рисунку.

Надалі гетеротрофними організмами рослини поїдаються. Отже, сполуки, синтезовані рослинами, рухаються ланками трофічних ланцюгів. Під час дихання вуглеводи окиснюються. За рахунок вивільнення енергії відбуваються всі життєві процеси, а вуглекислий газ виділяється в повітря. Розкладання відмерлих організмів здійснюється за участю бактерій. При цьому також відбувається окиснення Карбону з утворенням вуглекислого газу. Унаслідок розкладання організмів за відсутності кисню утворюються торф, кам'яне вугілля, нафта, сланці. Людина їх спалює, використовуючи як джерело енергії, і вуглекислий газ також потрапляє в атмосферу. Так коло замикається, і розпочинається новий цикл уключення Карбону до складу органічних сполук, що їх синтезують рослини.

Колообіг Оксигену. Кисень атмосфери має біогенне походження. Він постійно надходить в атмосферу завдяки фотосинтезу. Кисень під час дихання використовують аеробні організми. Одним із кінцевих продуктів окиснення є вуглекислий газ. У сполуці з Карбоном кисень повертається в навколишнє середовище, щоб знову потрапити до фотосинтезуючих організмів. Оскільки вивільнення енергії з органічних і неорганічних сполук супроводжується розщепленням їх у процесі окиснення, то колообіг Оксигену забезпечує колообіг усіх біогенних елементів. Унаслідок колообігу речовин у біосфері відбувається безперервна міграція елементів (див. рис. 185).

Рис. 185. Колообіг води в природі

Складіть оповідання «Подорож води в біосфері».

Роль організмів у перетворенні оболонок Землі. Організми беруть участь в утворенні осадових порід, ґрунтоутворенні, підтриманні сталості газового складу атмосфери. Осадові породи виникають на дні водойм унаслідок нашарування різних нерозчинних речовин, значна частина яких має біогенне походження. З решток організмів, які впродовж життя накопичують у своїх скелетах, мушлях, панцирах карбонати, фосфати, силіцій(IV) оксид, утворюються осадові породи. Серед них крейда, кремнезем, радіолярити, діатоміти, вапняк (рис. 186). Торф і кам'яне вугілля утворилися за певних умов перетворень відмерлих решток рослин: торф - мохів, кам'яне вугілля - викопних вищих спорових. Поклади залізної руди - це результат діяльності залізобактерій. Існують докази біогенного походження нафти, природного газу й горючих сланців. Руйнування гірських порід пов'язане з діяльністю організмів. Наприклад, лишайники, оселяючись на скелях, виділяють органічні кислоти, що руйнують гірські породи.

Унаслідок діяльності різноманітних організмів відбуваються процеси ґрунтоутворення: розклад органічної речовини на мінеральні сполуки, утворення гумусу та його розклад, розклад й утворення мінеральних сполук.

Життєдіяльність організмів спричиняє зміну газового складу атмосфери - на початку розвитку біосфери він значно відрізнявся від сучасного. В атмосфері було багато водяної пари, вуглекислого газу, сірководню, метану, однак не було вільного кисню й, відповідно, озонового шару. Через те ультрафіолетові промені без перешкод досягали поверхні Землі, і життя могло існувати лише у водному середовищі, оскільки вода поглинала ці промені. Завдяки діяльності фотосинтезуючих ціанобактерій газовий склад атмосфери поступово змінювався: зменшувався вміст вуглекислого газу, метану, амоніаку; утворилися вільний кисень, а з ним й озоновий шар. Це створило передумови виходу життя на суходіл.

Рис. 186. Осадові породи

Радіолярит

Діатоміт

Вапняк

ПОВТОРІТЬ, ПОМІРКУЙТЕ

• 1. Що таке біосфера?
• 2. Схарактеризуйте функції живої речовини Землі.
• 3. Схарактеризуйте колообіг речовин у біосфері (на вибраному вами прикладі)
• 4. Яка роль організмів у перетворенні оболонок Землі?