Живая оболочка земли

Принципы стабильности биосферы

Биосфера представляет собой огромную экосистему, поэтому ее устойчивость и стабильность определяется рядом принципов.

В первую очередь, стабильность биосферы определяется биологическим разнообразием живых существ. Высокое разнообразие биосферы обеспечивает ее свойства как сложной системы. К примеру, живые организмы способны дополнять друг друга. В лесу каждое растение занимает свой ярус, в зависимости от потребности к свету. Так, деревья получают большее количество энергии Солнца, так как возвышаются над другими растениями. На кустарники приходится до 20% излучения, а на травянистые растения и того меньше – около 1%. Дополняя друг друга, растительные организмы наиболее полно используют солнечную энергию.

Ярусность в лесу Источник

В биосфере экосистемы могут заменяться похожими сообществами, однако разнообразие организмов может различаться. Например, в тайге одни виды хвойных растений могут заменять другие. Часто это происходит в результате конкуренции.

Основным принципом функционирования биосферы является способность к саморегуляции. Если система по каким-то причинам отклоняется от нормального функционирования, то приводятся в действие силы, которые ее возвращают к исходному состоянию. Так, увеличение числа грызунов способствует повышению численности хищников, которые ими питаются.

Соответственно, разнообразие природы обеспечивает существование жизни на планете.

Стабильность биосферы обеспечивается круговоротом веществ и энергии.

Живое вещество находится в непрерывном обмене с космической средой. Создание веществ и поддержание их постоянного состава происходит благодаря энергии Солнца.

Благодаря растительному покрову, происходит процесс фотосинтеза, а в биосфере формируются сложные молекулы,содержащие значительный запас энергии. Именно живое вещество способствует открытости системы. Оно принимает, накапливает и преобразовывает лучистую энергию Солнца. Растительные организмы улавливают энергию. Все остальные существа способствуют удержанию, а также трансформации солнечной энергии. Этот процесс осуществляется благодаря размножению и росту организмов. Таким образом, благодаря этим свойствам поддерживается открытость биосферы как системы.

Словарь

1. Биогенные элементы – это минеральные элементы, являющиеся составной частью организмов и играющие значительную роль в их жизнедеятельности. К таким элементам относят кислород, углерод, водород, азот.

Состав и структурное строение биосферы

Состав биосферы отличается разнообразием веществ. Составные компоненты находятся в состоянии непрерывного движения. В. И. Вернадский классифицировал основные компоненты обитаемой биооболочки, выделив их в 4 группы. Химическая структура глобальной экосистемы включает следующие вещества:

• Живое вещество. К этой категории относятся флора, фауна, представители микромира, прочие живые организмы. Органика и углеродные формы жизни осуществляют геохимические процессы, формируя облик планеты. Общая масса живого вещества составляет 0,01-0,02 % от совокупной массы неживых веществ.
• Биогенное вещество. Категория включает все продукты переработки, которые изменяются во время циклов рождения, питания, размножения, смерти, разложения, других функциональных процессов биомассы. Масштабы биогенного вещества соответствуют нефтяным и угольным месторождениям, осадочным породам, другим следам былой жизнедеятельности организмов.
• Косное вещество. К этому классу относят горные породы, лаву, метеоритные глыбы, образовавшиеся без участия переработки биомассой.

Лава – пример косного вещества

Биокосное вещество. Класс веществ, образующихся из косной материи при участии органических форм жизни. Основные представители биокосного вещества – почва и донный осадок.

Помимо основных категорий, выделяют радиоактивное вещество, находящееся в процессе деградации и вещество космического происхождения. Учитывая строение биосферы, концентрация веществ неравномерна на разных участках земной поверхности.

Как биосфера связана с другими оболочками планеты?

Биосфера – это обитаемая оболочка на поверхности и частично под поверхностью Земли. Ее связь с другими оболочками заключается во взаимном проникновении и взаимодействии – границы области обитания жизненных форм включают:

• гидросферу (без подземных вод);
• верхнюю часть литосферы;
• нижнюю часть атмосферы.

Вся деятельность организмов сосредоточена в этом небольшом, с космической точки зрения, пространстве.

Жизненные формы напрямую связаны со всеми оболочками, поскольку именно они формируют в них средовые условия.

Круговорот вещества и энергии

Круговорот биогенных элементов, обусловленный синтезом и распадом органических веществ в экосистеме, называют биотическим круговоротом веществ.

Помимо этого в круговороте участвуют различные минеральные элементы, поэтому весь процесс химических превращений в биосфере принято именовать биогеохимическим круговоротом веществ в природе.

Остановимся подробнее на основных типах круговорота наиболее важных веществ в биосфере.

1. Для жизни на планете самым необходимым веществом является вода.Все организмы используют ее для процессов жизнедеятельности. Круговорот воды в природе в большей степени является физическим процессом, однако организмы принимают в нем значительное участие. Познакомимся с круговоротом воды на схеме.

Мировой круговорот воды начинается испарением влаги с поверхности водных объектов под воздействием солнечной энергии. Влага в атмосфере трансформируется в облака, которые переносятся ветром на значительные расстояния. Попадая в местность с низкими температурами, облака охлаждаются, что вызывает выпадение осадков. Влага в виде осадков поглощается почвой или стекает по ее поверхности, возвращаясь в моря и океаны. В круговороте воды следует учитывать и роль организмов. Ведь испарение влаги происходит и с поверхности листьев, а в процессах фотосинтеза принимает участие вода.

1. Главным участником биотического круговорота является углерод как основа органических веществ. Познакомимся с круговоротом углерода в природе на схеме.

Природным источником углерода является углекислый газ. Именно с него начинается круговорот углерода в биосфере. Он содержится в воздухе, а также в растворенном состоянии в воде. В атмосферу этот газ попадает при выдыхании всеми организмами, при извержении вулканов, сжигании ископаемого топлива и лесов. Осадки разрушают породы, вынося растворенный углерод в океан, где происходит поглощение его морскими организмами. В процессе фотосинтеза углекислота превращается в органические вещества, которые используются животными для питания. Органические останки затем разлагаются редуцентами и углерод остается в почве в виде полезных ископаемых или используется растениями при минеральном питании. По подсчетам ученых, время оборота углерода в круговороте веществ составляет около 10 лет.

1. Немаловажным элементом считается азот, который входит в структуру всех белков. Рассмотрим схему круговорота азота.

Круговорот азота в природе начинается с атмосферы, где его содержится до 80%. Частично азот поступает в экосистемы в виде оксида азота, образующегося под действием электрических разрядов во время грозы. Основная часть поступает в воду и почву в результате деятельности микроорганизмов – фиксаторов азота. К ним относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Эффективны бактерии, живущие в симбиозе с бобовыми растениями в клубеньках, развивающихся на корнях этих растений.

Азот из разных источников поступает к корням растений в форме нитратов, которые затем используются для минерального питания. Круговорот азота заканчивается деятельностью аммонифицирующих организмов или редуцентов. Они способствуют разложению продуктов жизнедеятельности живых существ и органических останков. В процессе их деятельности образуется аммиак и освобождается свободный азот.

1. Круговорот фосфора во многом отличается от других элементов, таких как, например, азот. Рассмотрим особенности круговорота фосфора в природе.

Фосфор совершает круговорот в наземных экосистемах в качестве составной части клеток живых организмов.Редуценты минерализуют органические соединения фосфора отмерших организмов в фосфаты, которые затем потребляются корнями растений. Большие запасы фосфора содержатся в горных породах, которые при разрушении отдают наземные фосфаты экосистемам. Часть фосфатов вовлекается в круговорот воды и уносится в воды Мирового океана.

Получается, что круговорот фосфора разомкнут, так как значительная часть континентального стока фосфатов остается в океане. Эта разомкнутость существенно усилена антропогенным вмешательством, поскольку человек нарушил многие естественные пути возврата фосфора в почву, а их замена применением фосфорных удобрений недостаточна.

Все рассмотренные вещества включаются в глобальный круговорот веществ и энергии в биосфере. Основой этого круговорота является энергия Солнца.

Обобщенно важнейшие круговороты веществ и энергии можно представить в виде схемы.

Живое вещество, его функции

В основе концепции глобальной экосистемы заложено понимание термина «живое вещество». Большую часть живого вещества составляет земная растительность (около 90%). Данное вещество является самым мощным энергетическим, а также геохимическим фактором, его можно смело назвать основным фактором развития биосферы.

Как известно, источником биохимической активности живых организмов является солнечная энергия, без которой не сможет произойти такой важный процесс как фотосинтез.

С самого своего появления жизнь не стоит на месте, а постоянно развивается. Тем самым, влияя на окружающую среду и, в определенной мере, изменяя ее.

Исходя из этого, можно с полной уверенностью сказать, что эволюционный процесс экосистемы и всей органической жизни проходит параллельно.

Жизнь на нашей планете появилась около четырех миллиардов лет назад, с этого самого момента на Земле и сформировалась биосфера. Огромный вклад в образование биосферы внесли цианобактерии. Они первыми освоили кислородный фотосинтез. Других претендентов на производство атмосферы не существовало в мире прокариотов.

Живая оболочка Земли — это не только сфера, в которой находится все живое, но и совместный результат деятельности организмов. Вещество и биосфера неразделимы. Биосферный уровень включает в себя все живое вещество планеты.

Геологический круговорот веществ происходит в течение многих тысяч и миллионов лет. В процессе круговорота образуется живое вещество из неорганических соединений, впоследствии органика распадается на неорганические компоненты.

Важнейшим результатом биогеохимических преобразований органического вещества можно считать кислородную революцию. Огромный вклад в это биогеохимическое изменение внесли древнейшие организмы — цианобактерии. Именно они явились родоначальниками фотосинтеза, в результате которого выделялся кислород, изменивший до неузнаваемости облик нашей планеты.

Закономерности географической оболочки Земли

Целостность.
Ритмичность.
Зональность.
Целостность
Эта закономерность основывается на том, что все компоненты географической оболочки (нижняя часть атмосферы, верхняя часть литосферы, гидросфера и биосфера), не могут существовать изолированно, они тесно связаны между собой. Связывает их круговорот веществ и энергии в природе. Изменения в одной из оболочек приводят к изменению и в остальных.

Ритмичность

Ритмичность развития – это основа жизни, и означает, что в природе все циклично и происходит через определенные промежутки времени. Выделяют цикличность суточную и годовую.

Суточным ритм вызывает вращение земного шара вокруг своей оси. Такая цикличность вызывает изменение температуры, давления, силы ветра, смена дня и ночи. Приливы на море и в океане вызваны также суточной ритмичностью. Даже биоритмы человека и животных связаны с цикличностью. Вращение Земли вокруг Солнца вызывает годовые ритмы, такие как смена времен года, сезонные изменения.

Зональность

Земная оболочка разделена на географические пояса и природные зоны, которые различаются климатом, растительностью, составом почв и разнообразием природного мира. Происходит это по простой причине, в которой и заключена закономерность географической оболочки. Из-за шарообразной формы нашей планеты солнечные лучи прогревают ее неравномерно, отсюда и разница в климатических условиях.

Биосфера и ее границы

Биосфера — это оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются прошлой и современной деятельностью живых организмов.

■ Термин «биосфера» ввел Э. Зюсс (Австрия, 1875 г.), учение о биосфере было создано В.И. Вернадским (Россия, 1926 г.).

■ Биосфера — наиболее крупная экосистема, объединяющая все биогеоценозы планеты и осуществляющая глобальный круговорот веществ.

Компоненты биосферы: живое вещество (см. ниже), биогенное вещество, биокосное вещество, косное вещество, радиоактивное вещество, космогенное вещество.

Биогенное вещество — соединения и полезные ископаемые, создаваемые и перерабатываемые живыми организмами в процессе их жизнедеятельности (нефть, газ, уголь, известняк и др.).

Биокосное вещество — вещество, образующееся в результате совместной деятельности живых организмов и абиогенных процессов (почва, грунт водоемов).

Косное вещество — соединения, образующиеся без участия живых организмов (горные породы, минералы и др.).

Радиоактивное вещество — радиоактивные руды и конечные продукты их распада.

Космогенное вещество — метеориты, космическая пыль.

Область жизни определяется наличием условий, необходимых для существования тех или иных живых организмов.

Жизнь на Земле распространена в трех геологических оболочках — атмосфере, гидросфере и литосфере. Эти оболочки объединены в единую целостную систему посредством непрерывного обмена друг с другом веществом и энергией, обусловленного не только абиогенными процессами, но и деятельностью живых организмов.

Атмосфера — воздушная оболочка Земли. Плотность воздуха быстро уменьшается с высотой: 75% массы атмосферы сосредоточено в слое ниже 10 км, 90% — ниже 15 км, 99% — ниже 30 км. Сухой воздух состоит из азота (78,08%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%), углекислого газа (0,03%) и примесей других газов.

Тропосфера — нижний слой атмосферы высотой от 8-10 км в полярных широтах до 16-18 км в экваториальной зоне. Выше тропосферы расположена стратосфера.

Озоновый слой — область с повышенным содержанием озона О₃ — находится в стратосфере на высотах 15-25 км. Он поглощает губительное для живых организмов коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца.

Водяной пар, присутствующий в атмосфере, участвует в природном круговороте воды;

■ конденсируясь, он выпадает в виде дождей, обеспечивая влажностный режим земных территорий;

■ вместе с СО₂ он вносит главный вклад в парниковый эффект: удерживает отраженные от поверхности планеты длинноволновые тепловые лучи, благодаря чему нижние слои атмосферы оказываются теплыми.

Гидросфера — это водная оболочка Земли, образованная водами ее океанов, морей, озер, рек, подземных и ледяных покровов.

■ Средняя глубина Мирового океана — 3,8 км, максимальная (Марианская впадина в Тихом океане) — 11,034 км. 97% массы гидросферы составляют соленые океанические воды, 2,2% — воды ледников, 0,8% — подземные, озерные и речные пресные воды.

Литосфера — внешняя твердая оболочка (кора) планеты. Состоит из трех слоев: верхнего — слоя осадочных пород, среднего -гранитного и нижнего, наиболее плотного — базальтового.

Границы биосферы проходят там, где начинают преобладать природные факторы, делающие существование живых организмов невозможным.

Верхняя граница биосферы определяется высокой интенсивностью ультрафиолетового солнечного излучения, низкой температурой среды, дефицитом кислорода и воды и проходит в атмосфере на высоте 25-27 км (у нижней границы озонового слоя).

■ Отдельные споры бактерий и грибов найдены в тропосфере на высоте до 40 км.

Нижняя граница биосферы в литосфере для большинства форм жизни определяется высокой плотностью, прочностью и высокой сопротивляемостью среды, отсутствием света, недостатком кислорода и проходит на глубине нескольких десятков метров.

■ Неактивные формы жизни (споры, цисты) и нефтебактерии зарегистрированы на глубинах до 4 км. Эта граница, помимо перечисленных выше факторов, определяется также высокими давлением и температурой горных пород и подземных вод (на глубине 3 км температура около +100 °С).

В гидросфере жизнь простирается на всю глубину Мирового океана. Здесь ограничивающими факторами являются давление толщи воды и отсутствие света (температура воды на дне океанических впадин — около 0 °С).

■ По В.И. Вернадскому, нижняя граница биосферы проходит на 1-2 км глубже дна Мирового океана, в постепенно накапливающейся в океане толще осадочных пород, происхождение которых связано с деятельностью живых организмов.

Значение биосферы

Биосферу изучали разные ученые во все исторические эпохи. Этой оболочке много внимания уделял В.И. Вернадский. Он считал, что биосфера определяется границами, в которых обитает живое вещество. Стоит отметить, что все ее компоненты связаны между собой, и изменения в одной сфере приведет к изменениям во всех оболочках. Биосфера играет важнейшую роль в распределении энергетических потоков планеты.

Таким образом, биосфера – это жизненное пространство людей, животных и растений. В ней содержатся важнейшие вещества и природные ресурсы, такие как вода, кислород, земля и другие. На нее значительное влияние оказывают люди. В биосфере происходит круговорот элементов природе, кипит жизнь и осуществляются важнейшие процессы.

Ответы к странице 14 — 15. Рельеф суши

Ответы есть в атласе на страницах 12, 13, 14 и 15.

Задания

1. Подпишите на карте равнины, низменности, плоскогорья и горы, указанные в тексте учебника.

Горы:

Равнины:

Низменности:

Плоскогорья:

2. Подпишите названия и значения высоты наивысших точек каждого материка.

3. Найдите на физической карте мира участки суши, лежащие ниже уровня моря. Нанесите их на карту, обозначив знаком минус высоту относительно уровня Мирового океана.

4. Выделите зелёным цветом крупнейшую низменность, а коричневым цветом самую протяжённую горную систему нашей планеты. Внесите обозначения в условные знаки.

Литосфера — твердая оболочка Земли

Литосфера, иногда называемая геосферой, относится ко всем горным породам Земли. Она включает земную кору и верхнюю часть мантии. Выше, литосфера ограничена атмосферой, а ниже — астеносферой (слоем в верхней мантии Земли). Валуны горы Эверест, песок на пляжах Майами и лава, извергающаяся с горы Килауэа на Гавайях, являются примерами компонентов литосферы.

Литосфера является самой твердой сферой нашей планеты. Ее фактическая толщина может варьироваться от примерно 40 км до 280 км. Литосфера заканчивается в момент, когда минералы земной коры становятся вязкими и жидкими. Точная глубина, при которой это происходит, зависит от химического состава горной породы, а также от температуры и давления.

Существует два типа литосферы: океаническая литосфера и континентальная литосфера. Океаническая связана с океанической корой и немного плотнее континентальной литосферы. Континентальная литосфера, связанная с континентальной корой, может быть намного толще, чем океаническая, простираясь на 200 км ниже поверхности Земли.

Наиболее известной особенностью, связанной с литосферой Земли, является тектоническая активность, которая описывает взаимодействие огромных плит литосферы, называемых тектоническими плитами.

Литосфера разделена на тектонические плиты, которые соединяются между собой как зазубренная головоломка. Эти плиты не имеют постоянного расположения; они медленно двигаются. Большая часть тектонической активности происходит на границах этих плит, где они могут сталкиваться, разрываться или пододвигаться друг под друга. Движение тектонических плит стало возможным благодаря тепловой энергии от мантийной части литосферы. Тепловая энергия делает твердую литосферу более эластичной.

Тектоническая активность отвечает за некоторые из самых драматических геологических событий Земли: землетрясения, вулканы, орогенез (горообразование) и глубокие океанические впадины, которые образовались в результате тектонической активности в литосфере.

Учение В.И. Вернадского о биосфере

В.И. Вернадский – общепризнанный разработчик учение о биосфере. Он ввел понятие «живого вещества», как формирующего фактора биологической геосферы.

• Ученый выдвинул теорию о том, что границы биосферы обусловлены пространством существования живых организмов. В трудах В.И. Вернадского говорится о взаимосвязи живых организмов с неживой средой. Одним их этапов эволюции биосферы Вернадский считал её преобразование в стадию ноосферы, он доказал, что организмы являются определяющими в жизненной силе Земли.
• Организмы и продукты их жизнедеятельности разрушали горные породы, способствовали вымыванию одних веществ и накоплению других.
• Постоянное образование живого вещества с дальнейшей его трансформацией — функция биосферы.

Функции живого вещества по учению Вернадского:

В.И. Вернадский смог выделить несколько основных функций биосферы. А именно:

Особенностью живого вещества является то, что компоненты, входящие в его состав проявляют устойчивость исключительно в живых организмах.

Структура биосферы

Согласно учению Вернадского биосфера являет собой организованную сферу планеты, которая находится в контакте с живыми организмами.

В.И. Вернадский в составе биосферы выделял такие элементы:

• Живым веществом ученый считал всю совокупность организмов, живущих на Земле. В своих трудах ученый подчеркивал, что геохимическое состояние земной коры находится под влиянием живых организмов, определяется их деятельностью. Он выделял пять функций биологической сферы земли. По его учению, биосфера состоит из разнородных компонентов, важнейшим из которых есть живое вещество.
• К косному веществу ученый причислял химические соединения, в образовании которых живые организмы не принимали участия.
• Неживое биогенное вещество – это продукты жизнедеятельности организмов, которые разрушали горные породы, способствовали вымыванию одних веществ и накоплению других.
• Биокосное вещество являет собой продукт совместной работы живой и неживой природы, например грунт, глинозем.

В.И. Вернадский подчеркивал, что история возникновения и эволюция биосферы — это история возникновения жизни на Земле. Длительное время эта концепция биосферы В. И. Вернадского замалчивалась.

Обитаемая среда на других планетах

Существование биосферы на других планетах остается в научных сообществах предметом открытых дискуссий. Глобальная экосистема – это уникальный конгломерат, который объединяет следующие параметры:

• кислородную атмосферу;
• водную среду;
• плодородную почву.

Эта совокупность создает условия для существования и развития углеродной формы жизни во всем ее многообразии.

С одной стороны, биосфера присуща только Земле и не обнаружена ни на одной планете или объекте изученного космоса. С другой стороны, наши знания о космосе еще не так обширны, чтобы подтверждать или опровергать наличие обитаемой оболочки на других планетах. Третье мнение, которое высказывается за присутствие такого явления, допускает существование обитаемой оболочки. Гипотетическая биосфера должна иметь другие параметры среды и жизненные формы, основанные на других химических элементах.