§ 59. БИОСФЕРА КАК ЦЕЛОСТНАЯ СИСТЕМА

Основные понятия и ключевые термины: БИОСФЕРА. Живое вещество. Биологический круговорот веществ и превращение энергии.

Вспомните! Что такое геологические оболочки Земли?

Знакомьтесь!

Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) - гениальный украинский учёный, основатель биогеохимии, создатель учения о биосфере. Он писал: «На земной поверхности нет химической силы, мощнее по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». Как вы думаете, почему?

СОДЕРЖАНИЕ

Каковы особенности биосферы?

Ил. 164. Биосфера

БИОСФЕРА - особая оболочка Земли, населённая живыми существами (ил. 164). Первые представления о биосфере как о «зоне жизни» дал Ж. Б. Ламарк, термин предложил австрийский учёный Э. Зюсс (1875), а целостное учение о биосфере создал наш выдающийся соотечественник В. И. Вернадский («Биосфера», 1926). Исследованиями биосферы занимается биосферология.

Каковы же особенности биосферы как биологической системы высокого уровня организации живой материи?

1. Биосфера охватывает три геологические оболочки - литосферу, атмосферу и гидросферу.

Пределы биосферы: нижние слои атмосферы до высоты около 11 км, вся гидросфера и верхний слой литосферы до глубины 3-11 км.

2. В структуре биосферы выделяют абиотический и биотический компоненты, связанные перемещением элементов. Живые организмы концентрируют, перераспределяют химические элементы, синтезируют из них и разлагают химические соединения. В науке эта закономерность называется законом Вернадского, или законом биогенной миграции химических элементов: миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества, или же в среде, особенности которой обусловлены живым веществом.

3. Структурными элементами биосферы являются 7 типов вещества: 1) живое (совокупность всех организмов на Земле); 2) биогенное (вещество, образованное и перерабатываемое организмами: уголь, нефть, кислород атмосферы и т. д.); 3) косное (абиотическое вещество, образованное без участия живого, - лава, пепел вулканов); 4) биокосное (биогенно-абиотическое вещество, продукты разложения и переработки косного вещества организмами - почва); 5) радиоактивное; 6) космическое; 7) рассеянные атомы.

4. Элементарными единицами биосферы являются экосистемы во всём своём разнообразии, объединённые биологическим круговоротом веществ и преобразованием энергии. Поэтому биосферу рассматривают как единую глобальную сложную экосистему планеты Земля.

5. Биосфера существует с момента появления жизни на Земле и на современном этапе своего развития постепенно переходит в ноосферу - состояние биосферы, при котором определяющими факторами становятся умственная деятельность и труд человека.

Итак, биосфера является наивысшей и сложнейшей биологической системой Земли.

Какие функции живого вещества обусловливают их значение?

Живое вещество (биота) - вся совокупность живых организмов на планете. На его долю приходится всего 0,01% от массы всей биосферы (97 % - растения и 3 % - животные и другие организмы), однако именно с ним связаны важнейшие процессы, происходящие во всех оболочках Земли. «Можно без преувеличения утверждать, что состояние планеты, биосферы целиком находится под влиянием жизни и определяется живыми организмами», - писал В. И. Вернадский. Каковы же функции живого вещества?

• Газовая - влияние живых организмов на газовый состав атмосферы (например, образование кислорода при фотосинтезе, выделении углекислого газа при дыхании.

• Концентрационная - поглощение живыми организмами определённых химических элементов и их накопление (например, накопление моллюсками в раковинах кальция, диатомовыми водорослями, хвощами, злаками - соединений кремния, морскими водорослями - йода).

• Окислительно-восстановительная - живые организмы окисляют и восстанавливают определённые соединения (например, железо-, серобактерии превращают соединения железа и серы).

• Биохимическая - синтез и расщепление белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот, которых в природе до появления живого не было.

Живое вещество на Земле распределено неравномерно. Наибольшее скопление организмов наблюдается на границе трёх оболочек: атмо-, гидро- и литосферы (в тропических лесах и тропической литорали). На суше разнообразие жизни выше, чем в воде из-за разнообразных условий среды обитания и большей эффективности использования солнечной энергии на суше, что составляет 0,1 %. В Мировом океане жизнь имеет большую биомассу, но разнообразие его меньше из-за стабильности условий водной среды и меньшего КПД использования солнечной энергии в Океане (0,04 %).

Следовательно, именно живое вещество охватывает и перестраивает процессы в биосфере и является самой мощной геологической силой, которая растёт с течением времени.

Как происходит биологический круговорот энергии в биосфере?

Биологический круговорот веществ - это перемещение, распределение и концентрация химических элементов и веществ в биосфере, происходящие с помощью живых организмов. Биологический круговорот веществ в природе, в отличие от геологического, является быстрым и разомкнутым (часть элементов откладывается в виде пород органического происхождения). При участии микроорганизмов, растений, животных, грибов и человека круговорот веществ осуществляется через воздух (≈ 98%) и через воду (≈ 2%). В общем биологический круговорот веществ в биосфере, как и в экосистемах, имеет циклический характер.

Ил. 165. Круговорот СО2 в биосфере

Ныне наблюдаются нарушения круговорота веществ в биосфере, баланса между биологическим и геологическим круговоротами, главными причинами которых являются искусственное ускорение выветривания пород и ускоренные темпы гибели биоты, а также создание человеком веществ, которые в дальнейшем не могут быть использованы организмами. Среди важнейших циклов выделим круговорот Н2О, СО2, кислорода, азота и фосфора (ил. 165).

Биологическое преобразование энергии - это преобразование солнечной энергии в биосфере, происходящие с помощью живых организмов. Биосфера большую часть энергии получает в виде лучистой энергии Солнца, и незначительная доля является тепловой энергией процессов в земной коре. Лишь 0,1% солнечной энергии, попадающей на Землю, улавливается продуцентами, используется в процессе фотосинтеза и запасается в виде химической энергии углеводов. Эта связанная энергия далее используется консументами и редуцентами в цепях питания, и за её счет живое вещество выполняет внутреннюю работу - концентрирует, трансформирует, аккумулирует и перераспределяет химические элементы в земной коре. В процессе этих преобразований часть энергии теряется в виде тепла, поэтому преобразование энергии в биосфере имеет линейный характер.

Итак, биосфера - это биологическая система, поглощающая энергию космоса и направляющая её на внутреннюю работу, которая обеспечивает существование и развитие природы Земли.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Задание на применение знаний

Приведите примеры организмов, участвующих в преобразовании оболочек Земли и докажите планетарную роль живого вещества.

Биология + Химия

Азот входит в состав аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, АТФ и других соединений и вместе с тем является наиболее лимитирующим из всех биогенных элементов. Рассмотрите иллюстрацию, определите суть процессов, составляющих основу круговорота азота в биосфере. Подготовьте презентацию «Круговорот азота в биосфере и его особенности». Каковы химические свойства азота?

ОТНОШЕНИЕ

Биология + Наука

В. И. Вернадский очень много сделал для возрождения Украины. Он был первым президентом Академии наук, его именем назвали Национальную библиотеку Украины. По мнению учёного, неизбежным, единственно правильным является подход к биосфере как к целостной глобальной экосистеме, единому живому организму. Такое понимание биосферы особенно важно теперь, когда влияние человека на природу достигло небывалых и угрожающих масштабов. Сделайте вывод о значении природных группировок для сохранения равновесия в биосфере и развития ноосферы.

РЕЗУЛЬТАТ

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Биология 9 класс Соболь (новая программа)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)