Чем отличается биосфера от других оболочек земли. Биосфера земли

Планета Земля удивительна и уникальна. Она состоит из нескольких оболочек: атмосферы, гидросферы, биосферы, литосферы, пиросферы и центросферы. В отличие от других планет, Земля населена растениями, животными, людьми, микроорганизмами и т. д. Все живые организмы образуют биосферу. Эта оболочка включает в себя часть атмосферы и литосферы, а также всю гидросферу. В данной статье рассмотрим, что такое биосфера, каковы ее составные части и функции.

Определение понятия

Несмотря на то что сегодня почти каждый знает, что такое биосфера, определение этого понятия было введено в научный оборот только в 1875 году австрийским геологом Эдуардом Зюссом (труд «Лик Земли»). Однако следующие полвека этот термин использовался только в узких кругах.

В 1926 году знаменитый русский ученый В. И. Вернадский издал книгу «Биосфера». В этом труде он обосновал роль живых организмов в геологических процессах. Именно В. И. Вернадский впервые определил, что такое биосфера и чем она отличается от других оболочек Земли. Он показал ее динамической активной системой, населенной и управляемой живыми существами.

Сегодня в науке существует единственное общепринятое определение понятия «биосфера». Это оболочка планеты Земля, которая населена живыми организмами. Биосфера занимает особенное место по отношению к другим геосферам. Это связано с тем, что только в границах этой оболочки проявляется геологическая деятельность всех живых существ.

Границы биосферы

Биосфера охватывает собой верхнюю область (около 7,5 км) литосферы, нижнюю границу атмосферы (15-20 км) и всю гидросферу.

Литосфера - твердая оболочка нашей планеты. Она охватывает собой всю земную кору и часть верхней мантии. Большинство живых организмов находится в почве на глубине до 1 м. Однако некоторые бактерии могут проникать вглубь литосферы (до 4 км).

Гидросфера - водная оболочка планеты Земля. Она представляет собой совокупность всех океанов, морей, рек, озер и других водоемов. Эта оболочка полностью освоена и заселена живыми организмами. Большинство из них обитает на глубине до 200 м. Однако некоторые виды проживают даже на дне Мирового океана (около 12 км).

Атмосфера - газовая оболочка нашей планеты. Она состоит из азота, кислорода, озона и углекислого газа. В состав биосферы входят только самые нижние слои атмосферы. Это связано с тем, что отдельные виды насекомых и птиц могут подниматься на высоту до 5 км над поверхностью земли.

Компоненты биосферы

В составе биосферы выделяют 4 компонента (классификация предложена В. И. Вернадским):

• Живое вещество. Его количество составляет примерно 0,25 % массы биосферы. Это вещество представляет собой совокупность всех живых организмов на планете. Они объединяются в 4 царства: бактерии, растения, грибы и животные. Живое вещество характеризуется значительной энергией, ему свойственна подвижность и беспрерывное чередование поколений, благодаря чему все его компоненты постоянно обновляются.
• Биогенное вещество. Это все, что образуется в процессе жизнедеятельности организмов и состоит из животных и растительных остатков (известняки, нефть, газы атмосферы, торф и т. д.). Все биогенные компоненты служат мощным источником энергии.
• Косное вещество. Это элементы, в образовании которых живые существа и микроорганизмы не принимают участия (горные породы, лава и т. д.).
• Биокосное вещество. Это компоненты биосферы, которые созданы в ходе совместной деятельности живых организмов и абиогенных процессов (почва, глина, осадочные породы, кора выветривания, вода и т. д.).

Особенности и функции биосферы

Биосфере, как и другим важнейшим природным системам, присущ ряд функций. Рассмотрим важнейшие из них.

• Целостность. Биосфера - это централизованная система, главным элементом которой выступает живое вещество. Все ее компоненты тесно связаны между собой и постоянно взаимодействуют. Вследствие этого изменение одного элемента ведет к перестройке всей системы.
• Саморегуляция. Для биосферы характерен такой процесс, как гомеостаз. Он позволяет системе самостоятельно поддерживать и регулировать свое состояние.
• Устойчивость. Способность биосферы под воздействием внешних факторов сохранять свои свойства и характеристики. Эта функция позволяет системе поддерживать свое текущее состояние и возвращаться в исходное положение после потрясений.

Одной из главных особенностей и характеристик биосферы является разнообразие. Благодаря существованию различных биологических видов в системе всегда существует атмосфера конкуренции, которая обеспечивает защиту от влияний извне.

Функции живого вещества

Сегодня науке достоверно известно, что такое биосфера. В биологии ее главный компонент - живое вещество - является важнейшей категорией. Рассмотрим функции этого системообразующего элемента биосферы.

• Газовая. Эта функция тесно связана с процессом метаболизма и дыхания. В ходе этих газовых реакций поглощается и выделяется кислород, углекислый газ и т. д. Благодаря этой функции сформировался современный состав воздуха.
• Энергетическая. В основе этой функции лежит процесс фотосинтеза - усвоение живым веществом солнечной энергии и ее передача.
• Окислительно-восстановительная. Эта функция заключается в изменении химических свойств веществ, которые содержат атомы с разным уровнем окисления. Такие реакции являются основой биологического метаболизма.
• Функция деструкции. Это процесс разложения организмов до минеральных веществ после их отмирания.
• Концентрационная. Это процесс накопления и перемещения атомов.

Значение живого вещества

• Накопление солнечной энергии и ее трансформация (в химическую, механическую, тепловую, электрическую и т. д.).
• Образование большинства минералов и горных пород - результат жизнедеятельности живых организмов.
• Накопление химических элементов. Живые организмы аккумулируют важные компоненты (железо, магний, медь, натрий) в тканях своего тела и в окружающей среде.
• Через биосферу происходит круговорот большинства химических элементов.
• Огромное влияние на состав почвы, атмосферы, гидросферы.
• Некоторые химические компоненты и соединения могут существовать только в составе живых организмов.

§ 44. Что такое биосфера и как она устроена

Вспомните

• Чем живые тела отличаются от неживых? Чем растения отличаются от животных? Что такое озоновый слой? На какой высоте он находится?

Наша планета - единственная из всех космических тел Солнечной системы - заселена живыми организмами. Область их расселения образует биосферу (от греч. «биос» - жизнь и «сфера» - шар).

Биосфера - внешняя оболочка Земли, населенная живыми организмами и преобразованная ими.

Сейчас живые организмы заселяют тропосферу, поверхность суши, верхнюю часть земной коры и гидросферу (рис. 156). Поэтому верхняя граница биосферы проводится на уровне озонового слоя, нижняя - в земной коре на глубине около 5 км.

Однако границы биосферы не всегда были такими. Они менялись с течением времени. Жизнь на нашей планете зародилась в воде около 3,5 млрд лет назад. Примерно 500 млн лет назад она распространилась на сушу, а затем и в атмосферу. С развитием Земли менялись условия существования организмов. Одни вымирали, другие приспосабливались к новым условиям. Но общее число видов постоянно возрастало. Важный этап в развитии биосферы связан с появлением и расселением по Земле человека.

В современной биосфере обитает около 2,5 млн видов растений и животных, а также грибы и бактерии. Все они образуют живое вещество планеты. По массе в нем преобладают микроскопические организмы, а среди крупных форм - растения.

Рис. 156. Распределение организмов в биосфере

Все, что окружает живой организм, называется средой его обитания. Это тела живой и неживой природы: горные породы, вода, воздух и другие живые организмы. Организмы взаимодействуют со средой обитания. Они берут оттуда необходимые для жизни вещества, перерабатывают их, а ненужные выделяют наружу. Следовательно, организмы обмениваются веществами со средой обитания. При этом жизнь как приспосабливается к среде, так и изменяет, преобразует ее.

Вопросы и задания

1. Что такое биосфера и чем она отличается от других оболочек Земли?
2. Где проводят верхнюю и нижнюю границы биосферы?
3. Что такое живое вещество и из чего оно состоит?

Что такое биосфера и чем она отличается от других оболочек Земли?

Совокупность всех биогеоценозов (экосистем) Земли представляет собой большую экологическую систему - биосферу. Биогеоценоз является элементарной структурой биосферы. Биосфера состоит из живого и неживого компонентов. Совокупность всех живых организмов нашей планеты образует живое вещество биосферы. Основная масса живых организмов сосредоточена на границе трех геологических оболочек Земли: газообразной (атмосфера), жидкой (гидросфера) и твердой (литосфера). К неживым компонентам относится та часть атмосферы, литосферы и гидросферы, которая связана сложными процессами миграции веществ и энергии с живым веществом биосферы. Границы жизни на планете являются одновременно и границами биосферы. Таким образом, биосфера - часть геологических оболочек Земли, заселенная живыми организмами.

Термин «биосфера» ввел в 1875 г. геолог Э. Зюсс. Создатель этого учения - отечественный естествоиспытатель В.И. Вернадский. Он показал, что биосфера отличается от других сфер Земли тем, что в ее пределах проявляется геологическая деятельность всех живых организмов. Живые организмы, преобразуя солнечную энергию, являются мощной силой, влияющей на геологические процессы. Специфическая черта биосферы как особой оболочки Земли - непрерывно происходящий в ней круговорот веществ, регулируемый деятельностью живых организмов. Так как биосфера получает энергию извне - от Солнца, она является открытой системой. Начальный этап миграции веществ и энергии в биосфере - преобразование энергии солнечного излучения автотрофными организмами в процессе фотосинтеза. Поэтому, согласно учению В.И. Вернадского, живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой сложную систему преобразования энергии солнечных лучей в энергию геохимических процессов. Живые организмы, регулируя круговорот веществ, служат мощным геологическим фактором, преобразующим поверхность нашей планеты. Такое определение биосферы отражает важный тезис: наша планета Земля такая, какая она есть сегодня, только потому, что на ней существует жизнь.

Таким образом, Биосфера есть часть земного пространства, охваченного жизнью с ее активным химическим проявлением. В биосфере возможно существование организмов в любых возможных концентрациях - от единичных бактерий и спор в 1 см3 атмосферного воздуха до мощных тропических лесов экваториальной зоны и следов жизни в пучинах Мирового океана. По своим требованиям к условиям внешней среды организмы расселяются в разных верхних горизонтах Земли: в нижней атмосфере, в гидросфере, в почвах, в глубинах литосферы, пропитанных природными водами и нефтяными месторождениями. Все живое вещество по своей массе занимает ничтожную долю по сравнению с любой из верхних оболочек земного шара. По современным вероятностным оценкам общее количество массы живого вещества в современную эпоху составляет порядка 2420 млрд.т. Таким образом, все живое вещество нашей планеты составляет ~1/10000000 часть массы земной коры. Однако в качественном отношении живое вещество представляет собой наиболее высокоорганизованную часть материи Земли. По своему активному воздействию на окружающую среду живое вещество занимает особое место и качественно резко отличается от других оболочек земного шара, так же, как живая материя отличается от мертвой. Оценка среднего химического состава живого вещества была произведена А.П. Виноградовым. Главные составные части живого вещества - это элементы, широко распространенные в природе: в атмосфере, гидросфере, литосфере и космосе. Средний элементарный состав живого вещества отличается от состава земной коры высоким содержанием углерода. По содержанию других элементов организмы не повторяют состава среды своего обитания. Они избирательно поглощают элементы, необходимые для построения их тканей. В процессе жизнедеятельности организмы используют наиболее доступные атомы, способные к образованию устойчивых химических связей. Атомы углерода имеют способность создавать длинные цепи соединений с другими атомами, что приводит к построению бесчисленных полимеров и других сложных органических высокомолекулярных соединений.

Живое вещество биосферы, в общем, занимает ничтожное пространство в масштабе всего земного шара. Широкое распространение самого термина «живое вещество» связано с работами В.И. Вернадского. Он показал, что все живые организмы Земли образуют единое целое - живое вещество планеты. Жизнь на Земле - самый выдающийся процесс на ее поверхности, получающий живительную энергию Солнца и приводящий в движение едва ли не все химические элементы таблицы Менделеева.

Вернадский доказал, что живые организмы играют очень важную роль в геологических процессах, которые формируют лицо Земли. Химический состав современных атмосферы и гидросферы обусловленный жизнедеятельностью организмов. Большое значение имеют организмы для формирования литосферы - большинство пород, и не только осадочных, а и таких как граниты, так или иначе связаны своим происхождением с биосферой.

Минеральное инертное вещество перерабатывается жизнью, превращается в новое качество. Живые организмы не только приспосабливаются к условиям внешней среды, но и активно их меняют. Таким образом, живое и неживое вещество на Земле составляют гармоничное целое, что, собственно, и называется биосферой. Согласно с образным высказыванием российского геолога М. Вассоевича, «биосфера - это и жильцы, и дом, и мы в нем».

Биосфера - это среда нашей жизни, это та при­рода, которая нас окружает, о которой мы говорим в разговорном языке. Человек - прежде всего - сво­им дыханием, проявлением своих функций, нераз­рывно связан с этой «природой», хотя бы он жил в городе или в уединенном домике.

В. И. Вернадский

Биосфера (греч. биос - жизнь, сфера - шар, сфера) - сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным ком­понентом природной среды, окружающей человека.

Впервые термин «биосфера» был введен в науку геологом из Австрии Эдуардом Зюссом в 1875 г. Он понимал под биосферой тонкую пленку жизни на земной поверхности. Роль и значение биосферы для развития жизни на нашей планете оказалась на­столько велика, что уже в первой трети XX в. возникло новое фундаментальное научное направление в естествознании - уче­ние о биосфере , основоположником которого является великий русский ученый В. И. Вернадский.

Земля и окружающая ее среда сформировалась в результа­те закономерного развития всей Солнечной системы. Около 4,7 млрд лет назад из рассеянного в протосолнечной системе газопылеватого вещества образовалась планета Земля. Как и дру­гие планеты, Земля получает энергию от Солнца, достигаю­щую земной поверхности в виде электромагнитного излучения. Солнечное тепло - одно из главных слагаемых климата Зем­ли, основа для развития многих геологических процессов. Ог­ромный тепловой поток исходит из глубины Земли.

По новейшим данным, масса Земли составляет 6х10 21 т, объ­ем - 1,083х10 12 км 3 , площадь поверхности - 510,2 млн км 2 . Размеры, а следовательно, и все природные ресурсы нашей пла­неты ограничены.

Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер) - внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро, мантия, а к внешним - лито­сфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и сложная обо­лочка Земли - биосфера.

Литосфера (греч. «литос» - камень) - каменная оболоч­ка Земли, включающая земную кору мощностью (толщиной) от б (под океанами) до 80 км (горные системы). Земная кора сложена горными породами. Доля различных гор­ных пород в земной коре неодинакова - более 70% приходит­ся на базальты, граниты и другие магматические породы, око­ло 17% - на преобразованные давлением и высокой темпера­турой породы и лишь чуть больше 12% - на осадочные.

Земная кора - важнейший ресурс для человечества. Она содержит горючие полезные ископаемые (уголь, нефть, горю­чие сланцы), рудные (железо, алюминий, медь, олово и др.) и нерудные (фосфориты, апатиты и др.) полезные ископаемые, естественные строительные материалы (известняки, пески, гра­вий и др.).

Гидросфера (греч. «гидора» - вода) - водная оболочка Зем­ли. Ее подразделяют на поверхностную и подземную.

Поверхностная гидросфера - водная оболочка поверхностной части Земли. В ее состав входят воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных покровов и др. Все эти воды постоянно или временно располагаются на зем­ной поверхности и носят название поверхностных.

Поверхностная гидросфера не образует сплошного слоя и прерывисто покрывает земную поверхность на 70,8%.

Подземная гидросфера - включает воды, находящиеся в верхней части земной коры. Их называют подземными. Свер­ху подземная гидросфера ограничена поверхностью земли, ниж­нюю ее границу проследить невозможно, так как гидросфера очень глубоко проникает в толщу земной коры.

По отношению к объему земного шара общий объем гидро­сферы не превышает 0,13%. Основную часть гидросферы (96,53%) составляет Мировой океан. На долю под­земных вод приходится 23,4 млн км 2 , или 1,69% от общего объема гидросферы, остальное - воды рек, озер и ледников.

Более 98% всех водных ресурсов Земли составляют соле­ные воды океанов, морей и др. Общий объем пресных вод на Земле равен 28,25 млн км 3 , или около 2% общего объема гид­росферы. Основная часть пресных вод сосредоточена в ледниках, воды которых пока используются очень мало. На долю остальной части пресных вод, пригодных для водоснабжения, приходится 4,2 млн км3 воды, или всего лишь 0,3% объема гидросферы.

Гидросфера играет огромную роль в формировании при­родной среды нашей планеты. Весьма активно она влияет и на атмосферные процессы (нагревание и охлаждение воздушных масс, насыщение их влагой, и т. д.).

Атмосфера (греч. «атмос» - пар) - газовая оболочка Зем­ли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пы­ли. Общая масса атмосфе­ры - 5,15-10 15 т. На высоте от 10 до 50 км, с максимумом кон­центрации на высоте 20-25 км, расположен слой озона, защи­щающий Землю от чрезмерного ультрафиолетового облучения, гибельного для организмов.

Атмосфера физически, химически и механически воздей­ствует на литосферу, регулируя распределение тепла и влаги. Погода и климат на Земле зависят от распределения тепла, дав­ления и содержания водяного пара в атмосфере. Водяной пар поглощает солнечную радиацию, увеличивает плотность воз­духа и является источником всех осадков. Атмосфера поддер­живает различные формы жизни на Земле.

В формировании природной среды Земли велика роль тро­посферы (нижний слой атмосферы до высоты 8-10 км в по­лярных, 10-12 км в умеренных и 16-18 км в тропических ши­ротах) и в меньшей степени стратосферы, области холодного разреженного сухого воздуха толщиной примерно 20 км. Сквозь стратосферу непрерывно падает метеоритная пыль, в нее вы­брасывается вулканическая пыль, а в прошлом и продукты ядер­ных взрывов в атмосфере.

В тропосфере происходят глобальные вертикальные и го­ризонтальные перемещения воздушных масс, во многом опре­деляющие круговорот воды, теплообмен, трансграничный пе­ренос пылевых частиц и загрязнений.

Атмосферные процессы тесно связаны с процессами, про­исходящими в литосфере и водной оболочке.

К атмосферным явлениям относят: осадки, облака, туман, грозу, гололед, пыльную (песчаную) бурю, шквал, метель, из­морозь, росу, иней, обледенение, полярное сияние и др.

Атмосфера, гидросфера и литосфера тесно взаимодейству­ют между собой. Практически все поверхностные экзогенные геологические процессы обусловлены этим взаимодействием и проходят, как правило, в биосфере.

Биосфера - внешняя оболочка Земли, в которую входят часть атмосферы до высоты 25-30 км (до озонового слоя), прак­тически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3 км. Особенностью этих частей является то, что они населены живыми организмами, составляющими живое вещество планеты. Взаимодействие абиотической части био­сферы - воздуха, воды и горных пород и органического веще­ства - биоты обусловило формирование почв и осадочных по­род. Последние, по В. И. Вернадскому, несут на себе следы деятельности древних биосфер, существовавших в прошлые гео­логические эпохи.

Вопросы сына иногда застают меня врасплох… Вот вчера он вдруг спросил о том, что такое биосфера. Я даже растерялся, не зная как ответить. Это тот случай, когда ты вроде бы понимаешь, о чём речь, но внятно рассказать не можешь. Пришлось засесть за компьютер и выяснить всё об этой оболочке Земли.

Какие оболочки есть у Земли

Наша планета устроена сложно, хотя об этом в повседневной жизни как-то забывается. Мы, не задумываясь, дышим, пьем, едим и делаем свои ежедневные дела. То есть мы постоянно взаимодействуем с планетой и её оболочками:

• газообразной (атмосферой);
• твёрдой (литосферой);
• жидкой (гидросферой).

Что такое биосфера

Четвёртая оболочка Земли называется биосфера, или «живая оболочка». Она состоит из двух компонентов: живого и неживого. Все живые организмы на планете составляют живое вещество биосферы, которое захватывает части трёх других оболочек. Ведь живые организмы распространены в воздухе, воде, почве и осадочных породах. Можно сказать, что там, где заканчивается жизнь, там заканчивается и биосфера.

Отличие биосферы от других оболочек

Главное отличие - это живое вещество, его огромное разнообразие, способность к саморегуляции, размножению и восстановлению.

Происходит это благодаря таким особенностям:

• непрестанному круговороту веществ, который регулируется живыми организмами;
• открытости этой сферы космическим энергиям и энергии Солнца;
• способности живых существ преобразовывать солнечную энергию в другие виды энергии;
• поддержание равновесия в биосфере через видовое многообразие живых организмов и их взаимосвязи.

Проще говоря, живые существа сами заботятся о создании условий для своей жизни на планете. Именно их заслуга в том, что у воды и воздуха такой состав, который нужен для жизни; они формируют почву и полезные ископаемые через взаимодействие друг с другом и неживым веществом.

Человек тоже является частью биосферы. Он активно вмешивается во все процессы, происходящие в ней, и использует результат «работы» живых организмов для своих нужд, часто нанося вред природе, а значит, и биосфере.