Что такое биосфера и какое у неё строение

Биосфера

Жизнь появилась на нашей планете не сразу. Большую часть времени своего существования Земля оставалась безжизненной. Первые живые существа, появившиеся в океане почти 1 млрд лет назад, были одноклеточными микроорганизмами. Однако миллиард лет — очень большой срок. За это время разнообразие живых организмов значительно возросло. Зародившись в океане, жизнь только спустя сотни миллионов лет вышла на сушу. Приспосабливаясь к новой среде обитания, животные и растения распространились по всей площади суши и живут теперь в районах с самыми разными климатическими условиями (рис. 167).

Но живые организмы обитают не только на суше и в воде. Они есть в атмосфере и даже в толще горных пород.

Таким образом, живые организмы есть во всех изученных нами природных оболочках. Учёные спорят лишь о том, до какой глубины распространена жизнь в литосфере. Но в любом случае можно утверждать, что живые организмы прекрасно себя чувствуют в верхней части земной коры. Что касается атмосферы, то она тоже заселена. Речь идёт не о птицах, всё-таки птицы живут не в воздухе, а на поверхности Земли. Имеются в виду микроорганизмы, бактерии, которые переносятся ветром и всю жизнь проводят в воздухе. И конечно, полностью, на всю глубину заселена гидросфера. Жизнь есть даже в снегах и льдах Антарктиды.

Всё это многообразие живых организмов и составляет живую оболочку нашей планеты — биосферу.

Учение о биосфере, как об одной из природных оболочек Земли, создал великий русский учёный Владимир Иванович Вернадский (рис. 168). Именно он доказал, что биосфера — это единая и сплошная оболочка, которая связана всеобщим круговоротом вещества и энергии, подобно тому, как воды гидросферы связаны круговоротом воды.

Человек и биосфера

Появившись на Земле, человек получил от природы все необходимое для жизни: воздух, воду, пищу, почву, пригодную для земледелия, природные материалы для изготовления орудий труда и предметов быта.

За время своего существования на Земле человек очень долго была потребителем природных благ. Ему хватало чистой воды, чистого воздуха, плодородной почвы, рыбы в водоемах, зверей в лесах и степях; природных материалов было вполне достаточно для удовлетворения разнообразных потребностей. В то же время и самих людей на планете было сравнительно немного.

Но уже давно люди начали вмешиваться в жизнь естественных экосистем, разрушая их. Опустошив место жительства, люди кочевали в поисках новых, плодородных земель, богатых животными лесов. Убытки природы от деятельности человека все увеличивались.

Экосистемы сравнительно быстро преодолевали эти проблемы, восстанавливая и возрождая природные комплексы. Со временем численность человеческого населения на Земле росло. Появилась мощная техника, которую человек применял для удовлетворения своих потребностей, увеличилось влияние людей на окружающую среду. В результате деятельности человека изменяется состав атмосферы, гидросферы, литосферы. Любое вмешательство в биосферу меняет среду обитания, сказывается на жизнедеятельности организмов. Сейчас вред, который наносит человечество биосфере, может оказаться необратимым и непоправимым.

Человек давно заметил, что на бережное отношение природа всегда откликается. Примером положительной деятельности человека может быть создание парков, лесопарков, садов, скверов.

Карьеры, образовавшиеся после открытой разработки месторождений полезных ископаемых, существенно влияют на изменения рельефа. Но если засыпать их сначала шлаком, остающейся после сгорания угля на электростанциях, сверху покрыть слоем пустой шахтной породы и засыпать тонким слоем почвы, смешанным с золой из фильтров теплоэлектростанций, то на таком месте можно выращивать различные культурные растения.

Очистка воды в океане от загрязнения нефтью можно проводить с использованием бактерий, уменьшает вредное воздействие.

Для очистки пресных водоемов используются растения-санитары: водяной гиацинт, рогоз, хвощ болотный и другие.

Также важным вопросом на сегодня остается строительство очистных сооружений на производствах с вредными выбросами в атмосферу.

Человек может существовать только при использовании ресурсов биосферы. Мы должны познавать законы природы и использовать эти знания разумно. Человечество уже осознало необходимость научно обоснованного природопользования, когда достижения науки согласовывают деятельность человека и жизни природы. Это необходимые условия сохранения жизни на планете.

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.

Границы географической оболочки Земли

Границы любого природного комплекса не могут быть четкими, да и ученые-географы не всегда могут прийти к общему мнению. С точки зрения одних специалистов именно озоновый экран является верхней границей географической оболочки земли, другие считают, что это верхняя часть тропосферы. Нижняя граница на суше расположена на несколько километров вглубь земли. В океанах она проходит по дну. Общая мощность географической оболочки земли – 50 км.

Части географической оболочки Земли

Земная кора – верхняя часть литосферы
Тропосфера – нижняя часть атмосферы
Гидросфера
Биосфера
Части географической оболочки Земли имеют массу различий, но объединяет их одна существенная черта. Речь идет о непрерывном обмене веществ. Однако скорость перемещения компонентов географической оболочки различна. Самая большая скорость зафиксирована в тропосфере, а средний ее показатель – более 600 см/с.

На втором месте по скорости перемещения компонентов находится гидросфера, связано это с большой плотностью воды. В земной коре круговорот веществ практически незаметен и исчисляется несколькими сантиметрами или даже миллиметрами в год.

Перемещение компонентов внутри географической оболочки происходит в двух направлениях, в вертикальном и горизонтальном.

Чтобы стало понятно, как происходит обмен веществами и энергией внутри географической оболочки, можно рассмотреть их на примерах.

С поверхности океана и суши испаряется вода и попадает в воздушную оболочку.

В результате извержения вулканов и воздействия ветра в атмосферу попадают твердые частицы.

Воздух и вода могут попадать в литосферу, проникая по трещинам внутрь гористых образований.

В различные водоемы из атмосферы могут попадать газы, а также твердые частицы.

Верхние слои атмосферы нагреваются от земной поверхности.

Представители флоры поглощают углекислый газ, преобразуют его в кислород и выбрасывают в атмосферу.

Живые существа участвуют в формировании почвы, отмирая и разлагаясь.

Воздушная оболочка Земли: атмосфера

Геосфера, которая включает в себя все воздушное, газовое пространство земного шара.

1. Тропосфера. Первый слой атмосферы, начинается от поверхностей суши или водоемов и простирается на 15 км вверх. Отличительной чертой является разная плотность воздуха, которая меняется в зависимости от высоты, чем выше, тем плотность больше. Верхний слой тропосферы соприкасается с озоновым шаром – это слой озона шириной в 7 км, который защищает планету от разрушительных космических воздействий.

Тропосфера наиболее подвержена влиянию на нее человека.

1. Стратосфера. Второй слой атмосферы. Основная составляющая – разжененные газы (водород, азот, гелий и другие). Расположен от 5 до 100 км.
2. Ионосфера. Третий слой атмосферы, который начинается от стратосферы и простирается до пространства, которое люди назвали космосом. Состоит из различных частиц (ионов, электронов), которые образуются в результате распада молекул. Такой состав, а также особое строение порождает эффект, который заметен невооруженным глазом – «северное сияние», его можно наблюдать на крайнем севере, а зарождается оно в нижней части ионосферы.

Некоторые ученые разделяю ионосферу на мезосферу, термосферу и экзосферу. Каждая из них имеет свои характеристики температуры и давления, которые отличаются в зависимости от высоты каждой.

Значение биосферы в природе

Значение биосферы как глобальной экосистемы планеты трудно переоценить. Исходя из функций оболочки всего живого, можно осознать ее значимость:

• Энергетическая. Растения являются посредниками между Солнцем и Землей, и, получая энергию, часть ее распространяется между всеми элементами биосферы, а часть используется для образования биогенного вещества.
• Газовая. Регулирует количество разных газов в биосфере, их распределение, превращение и миграцию.
• Концентрационная. Все существа выборочно извлекают биогенные компоненты, поэтому они могут быть как полезными, так и опасными.
• Деструктивная. Это разрушение минералов и горных пород, органических веществ, что способствует новому обороту элементов в природе, в ходе чего появляются новые живые и неживые вещества.
• Средообразующая. Влияет на условия окружающей среды, состав атмосферных газов, пород осадочного происхождения и земельного слоя, качество водной среды, а также на баланс веществ на планете.

Долгое время роль биосферы была недооцененной, так как в сравнении с иными сферами масса живого вещества на планете очень мала. Несмотря на это, живые существа являются могучей силой природы, без которой были бы невозможны многие процессы, а также сама жизнь. В процессе деятельности живых существ, их взаимосвязей между собой, влияния на неживую материю, формируется сам мир природы и облик планеты.

Состав биосферы – оболочки

Биосфера разделена на три уровня, обладающих определенными особенностями. Также их называют оболочками.

Атмосфера

Фото атмосферы из космоса Атмосфера – область над поверхностью планеты. Через нее Земля из космоса получает необходимые газы: водород и гелий. Она полностью пронизывается радиацией от Солнца, которое нагревает планету, способствует распаду молекул и ионизации атомов.

Атмосферу можно разделить на различные слои:

• тропосфера (0-10 км);
• стратосфера (10-47 км);
• мезосфера (47-80 км);
• термосфера (80-1000 км);
• экзосфера (от 1000 км), газы рассеиваются в космическое пространство.

В состав атмосферы входят: азот 78,8%, кислород 20,9%, аргон 0,93%, углекислый газ 0,03%. Также в ней присутствуют неон, гелий, метан, водород, водяной пар и озон.

Температура, давление и плотность атмосферы постоянно меняются в зависимости от времени года и суток, расположения. Например, масса водяного пара в разных местах будет отличаться: в тропиках 3%, в Антарктиде 0,00002 %.

Интересный факт: озоновый слой – один из важнейших компонентов в атмосфере. Он находится на высоте в 20-25 км и защищает планету от радиации Солнца.

Гидросфера

Гидросфера составляет большую часть поверхности планеты Гидросфера – это водная оболочка Земли. Жидкость присутствует повсюду: в виде пара находится в атмосфере, в естественном состоянии просачивается сквозь землю, а также составляет основу Мирового океана.

Интересный факт: В воде растворяется множество веществ, и их концентрация может доходить до 50 мг/л, а в море до 35 г/л.

Морская вода содержит в себе такие элементы, как: кислород, водород, хлор, натрий, магний, кальций, калий, бром и сера. Также в разном количестве в ней присутствуют и другие вещества. Фактически, в некоторых водоемах может находиться большая часть химических элементов, и все они будут влиять на местные организмы. Вода также оказывает воздействие на человека, природу, климат, более того, именно в ней зародилась жизнь.

Интересно: Экологическая система: понятие, суть, типы, примеры, уровни, фото и видео

Мировой океан составляет 94% всех вод на планете. Поэтому большая часть подводных организмов проживает именно в нем. В морской воде много растворенных газов, например углекислого больше, чем в атмосфере, в 100 раз. А кислорода наоборот, в 100 раз меньше.

Вода активно поглощает тепло от Солнца, не давая температуре на Земле подниматься критически высоко. Поверхность океана в районе экватора нагревается, образует теплые течения и уносит жидкость в полярные области. Обратно же она возвращается охлажденной. А за счет испарений образуется круговорот воды в природе, что влияет на климат.

Литосфера

Фото каньона как пример литосферы Литосфера – это земля, почва, полезные ископаемые – всё, что находится в твердом веществе на поверхности планеты. В её химический состав входят алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий.

Организмы проникают в почву на глубину до 3 км, дальше им не хватает ни воздуха, ни питательных веществ для того, чтобы выжить. Камни и горные породы препятствуют проходу животных и растений.

Почва включает в себя твердые, жидкие и газообразные элементы, ей присуща живая и неживая природа. Она – результат выветривания горных пород и взаимодействия климата, растений, животных. Самый плодородный – верхний слой (гумус), содержит продукты перегнивания органики, имеет глубину в 10-15 см.

Выделяют три основных элемента почвы:

• твердая часть – это органическое вещество, состоящее из растительного, животного и микробного происхождения;
• жидкая часть – почвенный раствор, в нем находятся элементы питания, необходимые для роста растений: ионы, молекулы, коллоиды;
• газообразная часть – это воздух, который заполняет поры, в его состав входят азот, озон, углекислый газ и множество других элементов в зависимости от места, окружающих условий.

Интересно: Как растения справляются с засухой в пустыне? Описание, фото и видео

В верхних слоях живых существ больше, чем в нижних. Почва – это среда обитания микроорганизмов, формирующих ее плодородие. Они способны разрушать все природные и органические соединения, участвуя в процессе почвообразования. Также микроорганизмы очищают окружающую среду от загрязнений.

Особенности распределения биомассы на Земле

Состав и распределение биосферы – один из интереснейших вопросов в биологии.

Биосфера включает в себя огромное количество растений, животных и других форм жизни нашей планеты. Термин «ноосфера», предложенный Вернадским в начале 20-го столетия, получил широкое распространение.

Биогенные вещества — созданные в процессе жизнедеятельности организмов соединения, например, природный газ, нефть, известняк.

Изучение биомассы крайне важно для понимания климатических сдвигов, путей передачи и трансформации углерода и других элементов.
Разнообразие живых и неживых организмов, взаимодействующих между собой, обменивающихся веществами, называется экосистемой. Приспособленность видов к условиям существования происходит непрерывно.
Биосфера имеет четкую структурную организацию и является глобальной экосистемой планеты

В.И. Вернадский создал учение о роли живых организмов, о воздействии живого на преобразование земной коры. Состав биосферы и свойства зависят от взаимодействия её биотического и абиотического компонентов.
Основной объем массы живой материи приходится на растительный мир, он составляет 80% от биомассы планеты. На втором месте, после растений, идут бактерии. Ученые, с использованием углеродного метода, определили, что все живые организмы содержат суммарно 550 миллиардов тонн углерода.
Биомасса суши составляет почти 99,9%. Это объясняется большой массой продуцентов на поверхности Земли.
Наибольшая плотность жизни отмечается в тех зонах, где виды специфически приспособились к совместному существованию.
К структурообразующим факторам биосферы относят свет, как условия формирования и усовершенствования жизни. Под воздействием микроорганизмов, растений и животных сформировался почвенный слой.
В почве обитает больше редуцентов. К ним относятся бактерии и грибы, которые разлагают останки живых существ до неорганических веществ. В почве происходит особый газообмен. Ночью, при охлаждении и сжатии газов, в неё проникает некоторое количество воздуха, его поглощают и перерабатывают почвенные организмы.
Почвенные микроорганизмы играют важную роль в круговороте веществ, в почвообразовании и формировании плодородного слоя. Большая биомасса почвы, в сочетании с высоким видовым разнообразием, обеспечивает сложность экосистем.
Почвенные организмы включают в круговорот веществ биосферы важнейшие химические соединения.
В морской биомассе содержится больше консументов, чем продуцентов. В состав океанической и морской воды входят минеральные соли. Микроорганизмы, живущие в океанических термальных источниках, являются хемотрофами, основными продуцентами океанического дна.
Несмотря на многообразие водных обитателей, их можно поделить на 3 группы, с учетом мест обитания в воде. Между каждой группой организмов существуют тесные связи, они обмениваются веществом и энергией. В современном мире воздействие человека на биомассу океана огромно.
Бентосные организмы в океане живут на дне и в грунте. Фитобентос: зеленые, бурые, красные водоросли встречаются на глубине до 200 м. Зообентос представлен животными.
Воздушная среда характеризуется значительным количеством кислорода, солнечной энергии, но в ней, зачастую, не хватает влаги. Поэтому, обитатели засушливых мест имеют специальные приспособления для добычи, запасания и экономной траты драгоценной влаги. Разнообразие этой среды представлено разнообразием жизни в ней.
Каждому наземному биогеоценозу присущи свои черты. Так, в экваториальных биоценозах сильно развита конкуренция за обладание местом обитания, пищей, светом и кислородом.

В современном мире огромное влияние на биомассу оказывает человек. Сокращаются площади, производящие живую массу.

Смотри также:

• Изменения в экосистемах под влиянием деятельности человека
• Агроэкосистемы, основные отличия от природных экосистем.
• Биологический круговорот и превращение энергии в биосфере, роль в нем организмов разных царств. Эволюция биосферы

Это интересно: ТОП 14 удивительных загадок природы — характеристика и фото

Что мы знаем о биосфере?

Биосфера возникла гораздо позже, чем другие земные оболочки. Более 3 млрд лет назад (возможно, и раньше) на нашей Земле в древнем Океане зародились простейшие микроорганизмы и одноклеточные водоросли, затем появились более сложные организмы. Постепенно растения и животные вышли на сушу (рис. 105). Около 40 тыс. лет назад появился Человек разумный. Прошли сотни миллионов лет, прежде чем в процессе эволюции сформировался тот разнообразный органический мир, который сегодня существует на Земле.

Живые организмы распространены очень широко — от верхних слоёв тропосферы (птицы, переносимые ветром микроорганизмы) до глубин Океана (глубоководные рыбы) и земных глубин в несколько километров (микроорганизмы, способные существовать без воздуха). Нынешний состав атмосферы — результат многовековой работы растений. Поглощая солнечный свет и углекислый газ, растения вырабатывают органические вещества и выделяют в атмосферу кислород.

Живые организмы на Земле исключительно разнообразны. Учёные лишь приблизительно подсчитали, что их больше 2,5 млн видов.

Все вместе они образуют органический мир нашей планеты. Из общего числа видов организмов 21% приходится на растения, но по своей массе они почти в 100 раз превосходят массу животных. Большинство растений малоподвижны, надолго прикреплены к одному месту. Животные же, напротив, подвижны — большинство активно передвигаются по суше, воде и в воздухе. Чем проще устроен организм, тем шире он распространён на нашей планете. Например, среди всех живых существ (кроме бактерий) преобладают насекомые. Среди животных всего 4% позвоночных, из которых лишь десятая часть — млекопитающие, в том числе и человек.

В Океане существуют свободно плавающие в толще воды организмы — рыбы, киты, морские черепахи (нектон). Некоторые организмы обитают на дне, как, например, водоросли, моллюски, крабы (бентос). Есть огромная группа мельчайших океанских обитателей — планктон, который переносится течениями. Планктон состоит из множества микроскопических водорослей, рачков, медуз, мальков и служит пищей большинству рыб. Основная масса организмов Океана обитает на малых глубинах — до 200 м, где больше света.