Какими свойство организмов в биосфере
Биосфера – место обитания живых существ. Зарождение жизни тесно связано с развитием оболочек земли. Она начала свое формирование около 4 миллиардов лет назад, затем появились первые признаки жизни на нашей планете.
Становление биосферы и ее поэтапное формирование обусловлено влиянием ряда факторов: действием на Землю космической энергии, развитием живых организмов и человечества.
Термин биосфера ввел австрийский ученый Зюсс еще в 19 столетии, он выделил все оболочки Земли, но подробное их описание совершил в 20 ст. отечественный ученый В.И. Вернадский (первый президент Украинской Академии Наук). Он описал границы биосферы, разработал единое учение о биосфере.
Свойства биосферы необходимые для возникновения и продолжения жизни
- Наличие CO2 и кислорода;
- вода – источник жизни на земле, присутствие, как пресных водоемов, так и соленых;
- регуляция температуры: отсутствие резких перепадов, сверхвысоких и низких показателей;
- обеспечение всего живого продуктами питания;
До сих пор нет единого определения. Существует три версии, что такое биосфера:
- Общая масса всех живых существ, которые обитают в оболочках земли, является биосферой.
- Организмы и места их жизнедеятельности вместе составляют биосферу.
- Это следствие продолжительной жизни существ, обитавших задолго до наших дней.
Ученые-геологи считают правильной первую точку зрения, так как другие не имеют теоретического подкрепления.
Биосфера простилается по всей поверхности Земли (горы, поля, реки, моря, океаны) и создает условия для жизнедеятельности всех организмов. Человек также является составляющим звеном.
Границы
Границы биосферы в км
Чем определяются границы распространения биосферы?
Поскольку Живое — главная составляющая биосферы, ее границы определяются возможностью выживать отдельных индивидуумов в условиях окружающей среды. В верхних слоях ультрафиолетовое излечение не дает развиваться живым организмам – это определяет верхнюю границу биосферы. Высокие температуры в земных глубинах устанавливают нижнюю черту жизни.
Где проходят границы биосферы?
Атмосфера – воздушный слой земного шара, состоит из азота, кислорода, диоксида углерода и др. Она защищает Землю от перегрева, действия космической радиации, ультрафиолета, метеоритов. В составе атмосферы выделяют: тропосферу, стратосферу, ионосферу.
Тропосфера (озоновый слой земли) является верхней границей биосферы, находится на высоте 20 км.
Стратосфера – располагается на высоте 50 км над уровнем моря, воздух разжижается, нагревается, увеличивается концентрация озона, условия становятся непригодными для жизни.
Ионосфера – поверхностный слой атмосферы, поддается воздействию космического излучения, поэтому сильно ионизированный.
Литосфера – земная кора, твердый слой, который уходит на глубину 200км. К биосфере относится верхний шар, населенный живыми организмами. Нижняя граница по литосфере достигает 4км, глубина где были найдены бактерии. Опускаясь ниже, температура возрастает, достигая 100 градусов, что несовместимо с существованием живых организмов, происходит денатурация белка, все живое – гибнет.
Гидросфера – совокупность наземных и подземных вод. Это одна из оболочек нашей планеты, которая окружает материки и острова, составляет 70% поверхности земного шара. Нижняя граница биосферы расположена на глубине около 11 км. (в области Тихого океана).
Схема границ биосферы
Слои биосферы
Эубиосфера – основная прослойка биосфера. 99,9% живых существ постоянно населяют данный слой. Ширина эубиосферы 12-17км.
Парабиосфера, метабиосфера – соответственно верхний и нижний слои бисоферы, куда жизнь попадет случайно, заносится из эубиосферы.
Апобиосфера и абиосфера — самый верхний и самый нижний слои, куда жизнь не может попасть даже случайно.
В зависимости от среды обитания живых организмов выделяют:
- Аэробиосферу (жизнь осуществляется за счет атмосферной влаги и солнечной энергии, от верхушек деревьев до стратосферы);
- геобиосферу (организмы населяют почву, поверхность суши, деревья);
- гидробиосферу (все водные структуры заселенные гидробионтами, исключая подземные воды).
Структура биосферы и ее состав
Живое вещество Вернадский описывал как общее число всех живых организмов населяющих планету в данный период времени.
Основные свойства:
- В нем сосредоточено огромное количество энергии;
- скорость течения реакций в живом организме быстрее, чем в искусственно созданных условиях;
- составляющие живого вещества стабильны только в жизнеспособном организме;
- возможность существовать в разных условиях, заполняя все пространство. Это явление Вернадский назвал «всюдностью жизни»;
- отдельные особи всегда являются частью экосистемы;
- живое вещество эволюционирует, приобретает новые свойства, адаптируется к изменчивости внешней среды.
Биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живого. В процессе жизни организмы пропускают через себя многократно все составляющие биосферы, так образуются залежи нефти, газа, угля, торфа и др.
Косное вещество – формируется без участия живой материи (небиогенные горные породы, минералы).
Биокосное вещество – создается при взаимодействии живого и неживого (вода, приземная атмосфера, почва).
Структура и состав биосферы
Живое вещество распределено не равномерно на просторах земли, ее концентрация увеличивается возле экваториальной плоскости, на полюсах планеты жизни мало.
Скопление живых организмов находятся на границах слоев биосферы: на дне океана – проходит граница между литосферой и гидросферой, в поверхностных водах Мирового океана – рубеж между гидросферой и атмосферой, на границе литосферы и атмосферы находится почва – место обитания микроорганизмов, насекомых, других животных. В этих местах создаются благоприятные условия для существования: высокая концентрация кислорода, доступ к солнечному свету, влага, питательные вещества.
Соотношение видов живых организмов показывает преобладание растительности, она занимает 99% от всего живого, животные – 1%, люди – 0,0002%.
Функции биосферы
Энергетическая – аккумуляция солнечного излучения в процессе фотосинтеза (переход энергии солнечного света с помощью пигментов растений в органические связи) и ее трансформация, с последующим распределением между всеми живыми организмами.
Газообразующая – поддержание стабильного газового состава атмосферы (выделение кислорода, поглощение диоксида углерода).
Концетрационная – сосредотачивают в теле химические вещества, образуя в дальнейшем полезные ископаемые.
Круговорот вещества в биосфере
Растения в процессе роста и развития используют минеральные вещества из почвы, адсорбируют воду с помощью корня, перерабатывают энергию Солнца, образуют органические вещества из неорганических, из атмосферного воздуха листьями поглощается диоксид углерода и выделяется кислород посредством фотосинтеза.
Животные и человек дышат кислородом, используют органические вещества образованные растениями. После смерти, скопление органических веществ растений и животных разлагается под действием микроорганизмов, и переходят в неорганическое состояние.
Процесс преобразования энергии и вещества начинается сначала – это и есть жизненный круговорот.
Источник
Понятие биосферы
Земля сформировалась примерно $5-7$ млрд лет назад. Первоначально она была безжизненным объектом, возникшим из газопылевой туманности. Под воздействием распада радиоактивных элементов ее вещество разогрелось и расплавилось. По мере остывания вещества произошло разделение «смеси» на отдельные оболочки:
- литосферу,
- гидросферу,
- атмосферу.
Их химический состав несколько отличался от современного.
Примерно $3,5$ млрд лет назад возникла на нашей планете жизнь. О ее происхождении идут споры по сей день. Но за это время Земля оказалась заселенной разнообразными формами и видами живых организмов. По аналогии с литосферой, атмосферой и гидросферой это образование назвали биосферой.
Определение 1
Биосфера – это часть географической оболочки Земли, которая населенна живыми организмами.
Впервые термин «биосфера» был предложен Э. Зюссом в $1875$ году. А учение о биосфере, как особой части Земли, области распространения живых организмов, создал выдающийся отечественный ученый В.И. Вернадский.
Границы биосферы
По мнению Вернадского, впервые к понятию «биосфера» приблизился в своих идеях знаменитый французский ученый Ж.-Б. Ламарк.
В отличии от остальных оболочек нашей планеты – литосферы, атмосферы и гидросферы, биосфера не образует отдельную сплошную оболочку. Она являет собой совокупность всех биогеоценозов Земли, единую экосистему высшего порядка.
Границами биосферы служат границы распространения живых организмов. Поэтому считается, что биосфера занимает практически всю гидросферу, верхние слои литосферы и нижние слои атмосферы.
Точно границы не определены. Известно, что некоторые группы бактерий обитают в толще литосферы на глубине около $4$ км. Проникновению в более глубокие слои литосферы препятствует высокая температура (более $100$°С) горных пород и подземных вод на больших глубинах.
Распространение живых организмов в атмосфере ограничено озоновым экраном. Именно озоновый экран защищает все живое от воздействия космического излучения (особенно – ультрафиолетовых лучей). Споры бактерий и грибов были обнаружены на высоте около $22$ км. Но наличие бактерий на остатках метеоритов подтверждает гипотезы некоторых ученых, что споры некоторых живых организмов могут некоторое время выдерживать влияние открытого космического пространства. Поэтому границы биосферы определены лишь условно. Самая высокая плотность организмов наблюдается там, где самые благоприятные и самые разнообразные условия существования организмов – на стыке земных оболочек.
Свойства биосферы
Всю совокупность живых организмов нашей Земли академик Вернадский назвал живым веществом. Основными характеристиками этого живого вещества он назвал суммарную биомассу, химический состав и энергию.
Энергия живого вещества проявляется в способности всех живых организмов к размножению и распространению.
Живым организмам для реакций жизнедеятельности необходимы вещество и энергия. Поэтому главным свойством биосферы является постоянный обмен между организмами и окружающей средой. Из нее живые организмы получают все необходимые вещества. В окружающую среду поступают и продукты обмена веществ. Эти процессы обеспечивают функционирование биосферы как целостной системы.
Замечание 1
В процессе своей деятельности продуценты накапливают солнечную световую энергию, затем превращают ее в энергию химических связей. Именно суммарная первичная продукция автотрофов определяет суммарную биомассу биосферы в целом.
Функции биосферы
Живое вещество биосферы выполняет несколько важных функций:
- Газовая функция состоит в том, что живые организмы способны влиять на газовый состав атмосферы, Мирового океана и почвы. Все аэробные организмы поглощают во время дыхания кислород, а выделяют углекислый газ. В процессе фотосинтеза растениями и некоторыми бактериями происходит поглощение углекислого газа и выделение кислорода.
- Окислительно-восстановительная функция заключается в том, что с помощью живых организмов происходят окислительно-восстановительные реакции в почве, воде, воздухе.
- Концентрационная функция состоит в том, что живые организмы поглощают определенные вещества из окружающей среды и постепенно накапливают их в своих организмах. Например, фораминиферы, моллюски, десятиногие раки накапливают в своих организмах соединения кальция и фосфора, бурые водоросли – йода.
Источник
Совокупность всех организмов на нашей планете называют живым веществом. В данной статье мы расскажем о его важнейших характеристиках и свойствах, а также о функциях, которые оно выполняет в биосфере.
Характеристика и свойства
- Наличие огромной свободной энергии. Все живое накапливает и сохраняет солнечную энергию, перенаправляя её в неживую среду в виде различных химических соединений (уголь и пр.), при распаде которых энергия высвобождается.
- Давление жизни, характеризующееся неизбежным распространением живого вещества по всей поверхности Земли. Если на каком-то участке жизнь отсутствует, то это явление временное, вызванное разрушением или сдерживанием внешними силами. Такое свойство всего живого заполнять собой свободное пространство связано с размножением организмов и их умением увеличивать поверхность собственных тел или сообществ, которые они образуют.
- Способность к адаптации в самых различных условиях. Благодаря этому свойству живые существа “захватывают” почвенную, водную и наземно-воздушную среды. Кроме того, существуют организмы (экстремофилы), приспособившиеся к жизни в экстремальных условиях: при экстремально низких или крайне высоких показателях температуры, кислотности, давления, кислорода и т. д.
- Произвольное движение. Только живые существа обладают способностью и пассивного, и активного перемещения. Примером пассивного движения может служить падение с высоты вниз, однако, это может сделать и неживой предмет под влиянием посторонних факторов. Но активное произвольное перемещение – движение против ветра или течения реки, подъем на высоту и т. д. – доступно только живым организмам.
- Саморегуляция в период с рождения до смерти, а затем быстрое разложение органических остатков. Способность всего живого к саморегуляции обеспечивает его жизнеспособность в изменяющихся условиях внешней окружающей среды. Это происходит за счёт поддержания баланса внутренней среды организма. Когда организм умирает, он теряет это свойство, и происходит распад на органические и неорганические вещества, которые включаются в биологический круговорот.
- Высокая скорость превращения одних веществ в другие. Химические реакции в организмах происходят с огромной скоростью. К примеру, в мозге человека ежесекундно одновременно происходят около 100 000 химических реакций. Птица колибри ежедневно потребляет нектар массой, сопоставимой с её собственной массой, умноженной на 2.
- Постоянное обновление совокупности организмов. Средняя скорость обновления для биосферы равна 8 годам. При этом лишь небольшая часть остатков организмов (менее 1 %) уходит в геологию, основная же масса включается в биологический круговорот.
- Многообразие (морфологическое и химическое), нехарактерное для неживого. При этом все живое материализуется в биосфере в виде уникальных индивидуумов, существующих на Земле в единственном экземпляре.
Главные функции
Всему живому на планете отведена важная роль – быть главным связующим звеном в биосфере, обеспечивая её целостность. Выполняя различные биогеохимические функции, оно обеспечивает круговорот веществ в природе и превращение энергии.
- Концентрационная. Обеспечивает биогенную миграцию атомов в организмы. Когда живое существо умирает, атомы переходят в неживую природу.
- Рассеивающая. Проявляется в распределении вещества во время передвижения и питания живого. Примером может стать рассеивание железа гемоглобина крови через комара или пиявку.
- Газовая. Заключается в обеспечении непрерывного газообмена между живым и средой вокруг, за счет которого газовый состав атмосферы поддерживается на определённом уровне.
- Энергетическая. Характеризуется способностью живого сосредотачивать в себе солнечную энергию и передавать через пищевые цепи. Химические превращения веществ и энергии являются основой существования организмов.
- Окислительно-восстановительная. Выражается в обмене веществ и энергии с внешней средой, связана с химическими превращениями веществ. Данные реакции лежат в основе метаболизма.
- Деструктивная. Смысл данной функции заключается в разложении остатков органического вещества и разрушении костных веществ, и вовлечении их в круговорот. Выполняют эту задачу главным образом разрушители органики (бактерии и грибы).
- Транспортная. Заключается в перемещении энергии и веществ во время движения организмов. Такой перенос может осуществляться на огромные расстояния, например, перелетными птицами.
- Информационная. Выражается в накоплении, сохранении и дальнейшей передаче следующим поколениям определенной информации.
- Средообразующая. Характеризуется способностью организмов самостоятельно формировать для себя среды жизни. Для её реализации одновременно должны выполняться другие функции.
Не нашли, то что искали? Используйте форму поиска по сайту
Источник
Биосфера – это оболочка Земли, которая существует более 3,8 млрд лет. В границах этой сферы обитания расположены несколько слоев с разным составом, в которых развиваются все жизненные формы и геологические структуры. Уникальные свойства биосферы создают условия для взаимодействия живых организмов с неорганическими элементами среды их обитания.
Значение биосферы для нашей планеты
Жизнь на нашей планете многочисленна и разнообразна. Своим существованием она обязана биооболочке, в пределах которой сложились уникальные условия для углеродных форм органики. В рамках глобальной экосистемы биология формирует геологическую среду.
Среди представителей биологических видов есть растения, животные, грибы, микроорганизмы и человек.
Значение биосферы для Земли неоценимо. В этой среде организмы постоянно взаимодействуют с отходами жизнедеятельности, неорганической материей, энергией Солнца. Возникает пищевая цепочка, которая создает ряд условий в пределах оболочки:
- атмосфера наполняется пригодными для дыхания газами в процессе фотосинтеза (поглощение углекислого газа, выделение кислорода);
- формируется рельеф планеты (осадочные породы);
- развивается видовое разнообразие.
Основное значение экосистемы для нашей планеты – непрерывное продолжение жизни, где конец одного жизненного цикла формирует питательную среду для следующего поколения. В органических структурах происходит циклическое накопление, а затем преобразование солнечной энергии. Это биологический круговорот, который создает условия, пригодные для развития растений, животных, других биологических видов.
История возникновения понятия
В середине XVIII в. французский врач Ф. Вик-д’Азир выразил мысль о связи жизни со всей окружающей средой. Впервые концепцию существования единой оболочки, в пределах которой существуют живые организмы или продукты их жизнедеятельности, вывел французский естествоиспытатель Ж. Б. Ламарк в начале XVIII в. В середине второй половины XIX в (1875 г.) другой ученый, австрийский геолог Э. Зюсс, ввел в обращение термин «биосфера».
Согласно терминологии Э. Зюсса, биосфера – это «тонкая пленка жизни», окутывающая земную поверхность и определяющая ее облик.
Панспермия – теория космического переноса биомассы
Основоположником и создателем учения о преобразовании планеты живыми организмами был В. И. Вернадский. В начале ХХ в (1926 г.) советский ученый определил активное участие биологических видов в формировании геологических структур планеты. При разработке учения академик не исключал концептуальной связи совокупной экосистемы с теорией панспермии (космического переноса биомассы).
Границы распространения оболочки
Размеры оболочки ограничены зонами, в пределах которых может развиваться органическая жизнь (биомасса). Высота и глубина обитаемой зоны составляют:
- верхняя граница проходит в тропосфере, на высоте 15-20 км от уровня земной поверхности (ограничивается озоновым слоем на уровне начала стратосферы);
- нижняя граница углубляется в литосферу, на глубину от 3,5 до 7,5 км;
- в пределах между земной поверхностью и атмосферой глубина гидросферы доходит до 10 км.
Наибольшая концентрация биомассы на границе тропосферы и литосферы. Ее средний суммарный объем составляет 550 млрд тонн углерода.
Слои и оболочки биосферы
Чтобы понять масштабы обитаемой оболочки Земли, нужно знать, из чего состоит биосфера. Оболочка имеет сферическую форму и полностью окружает планету, создавая тесную связь экосистем. Морфологическая структура биосферы представлена следующими слоями:
- атмосфера;
- литосфера;
- гидросфера.
С биосферой соприкасаются внешние слои, в которые живые организмы попадают только лишь случайным образом. Под литосферой расположена метабиосфера, которая сформирована ранее существовавшими в ней живыми формами, но необитаемая в настоящем. Верхняя часть атмосферы – парабиосфера. В этом пространстве организмы могут существовать условно, не размножаясь и не доживая до естественной гибели.
В глобальном понимании, во всех этих слоях земного пространства происходит или когда-то происходило воздействие живой среды на неживую. Общее название всех оболочек – мегабиосфера. С учетом деятельности человека в околоземном пространстве (космической экспансии), конгломерат слоев называют панбиосферой.
Атмосфера (воздушная оболочка)
Газовая прослойка, в состав которой входят кислород, азот, двуокись углерода, является неотъемлемой частью биосферы. Химические соединения отвечают за дыхательные процессы и переход мертвой органики в минералы, формируют биомассу, участвуют в фотосинтезе. Атмосфера защищена озоном, слой которого защищает живые формы от воздействия губительного УФ излучения.
Литосфера (твердая оболочка)
Один из слоев биосферы – литосфера, которая объединяет земную кору и часть мантии. Жизненные формы распространены только в верхнем слое грунта. Бактерии обнаруживаются на глубине 2-3 м под поверхностью (в отдельных случаях обнаружены микроорганизмы на глубине до 4 км). Почвенный слой сформирован из минеральных и органических останков биомассы. В новом цикле роста жизненные формы получают питание из почвы, затем удобряют ее в течение жизни, а также после гибели.
Гидросфера (водная оболочка)
Гидросфера содержит в себе все водные запасы на планете, включая снеговой и ледяной покровы, водяной пар, донные отложения. Вода, из которой состоит этот слой биосферы – главное условие для существования углеродных форм жизни и растений. Большая часть животной органики поглощает и выделяет энергию именно в воде.
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.
Основные функции и свойства
Функциями биомассы обусловлены все геологические и биохимические процессы в пределах глобальной экосистемы. Выделяют несколько основных функций биосферы:
- переработка энергии (впитывание или поглощение, трансформация, передача солнечного тепла и света по пищевой цепи);
- концентрация химических элементов;
- усвоение и выделение газов;
- окислительно-восстановительные реакции в пределах среды обитания;
- разложение;
- минерализация биокосного вещества.
В течение жизненного цикла и последующего распада органические формы обеспечивают перемещение химических веществ из одной структурной оболочки в другую.
Свойства, необходимые для происхождения и развития жизни
Все свойства биосферы удовлетворяют условиям, при которых возможно возникновение и эволюция живых организмов. К основным факторам, которые поддерживают баланс жизни, относятся:
- наличие солнечной энергии;
- присутствие воды;
- фотосинтез растений;
- разложение мертвой органики.
Эти свойства сохраняют видовое разнообразие и обеспечивают биотический круговорот.
Круговорот вещества в биосфере
Непрерывный процесс эволюции жизни и геологических формаций на нашей планете возникает при переходе (трансформации) химических веществ. Такие условия применимы для биомассы, которая обеспечивает круговорот вещества в биосфере. Биогенная цепочка имеет несколько этапов:
- потребление и усвоение питательные веществ;
- возвращение их в среду обитания после пищевой переработки или гибели потребителя;
- разложение и минерализация органики.
В процессе трансформации химические элементы постоянно связываются и высвобождаются, перемещаясь в горизонтальном и вертикальном направлении по всей обитаемой оболочке.
Биотический круговорот происходит при участии следующих представителей биомассы:
- продуценты – создатели органики (растения, бактерии);
- консументы – потребители органики (животные);
- редуценты – разрушители органики (микроорганизмы, грибы).
Продуценты образуют восходящую ветвь, а консументы и редуценты формируют нисходящую ветвь круговорота. Взаимодействие компонентов биомассы направлено на непрерывное производство и разложение веществ.
Периоды развития биосферы
Следы обитаемой оболочки, окружающей Землю, обнаружены в осадочных породах архейского эона (около 3,5 млрд лет назад). Археологические находки той эпохи свидетельствуют о существовании древнейших органических остатков. Зарождение многогранной жизни на Земле началось с первых представителей биомассы, которыми можно считать:
- одноклеточные водоросли;
- простейшие прокариоты.
Простейшие органические формы обрели половое размножение только к концу архея, дав начало эволюционным процессам.
Мел-палеогеновое вымирание
Для эволюции биомассы характерна временная дестабилизация в результате масштабных катастроф (вымирание динозавров).