Биосфера и ее границы (3 фото)
История термина «биосфера»
Ж. Б. Ламарк в 1802 году назвал биосферой совокупность всех живых организмов Земли.
Э. Зюсс в 1875 году ввел термин «биосфера» — тонкая пленка земной поверхности, населенная жизнью.
В. И. Вернадский в 1919 создал учение о биосфере, в нем:
«Биосфера — «область жизни», включающая живые организмы и среду их обитания; особая оболочка Земли, в пределах которой проявляется геологическая деятельность живого населения планеты».
Ноосфера (по Вернадскому) — сфера человеческого разума.
Границы биосферы
Верхняя граница в атмосфере: 15 — 20 км.
Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.
Нижняя граница в литосфере: 3,5 — 7,5 км.
Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.
Нижняя граница в гидросфере: 10 — 11 км (Марианская впадина).
Определяется дном Мирового океана, включая донные отложения.
Ту часть биосферы, в которой в настоящее время постоянно встречаются живые организмы, называют эубиосферой, ее границы несколько уже.
Таким образом, биосфера включает в себя часть атмосферы, гидросферы и литосферы.
Биомасса биосферы
Общая сухая биомасса биосферы оценивается в 2,5 x тонн. Большая часть этой биомассы приходится на наземные экосистемы, биомасса океана составляет лишь около 0,003 x тонн. Основную часть биомассы суши составляют наземные растения, их биомасса примерно в 500–1000 раз больше, чем биомасса животных. Из всех видов диких животных, по-видимому, наибольшей биомассой обладает морской рачок Euphausia suberba (150 млн. тонн), но общая биомасса одомашненного человеком крупного рогатого скота (Bos taurus) еще больше — 520 млн. тонн, как и самих людей — 350 млн тонн. Большой биомассой обладают муравьи (3 млрд тонн) и морские рыбы (800 — 2000 млн. тонн), но это группы животных, включающие множество видов. Общая биомасса наземных растений — 560 млрд. тонн, морского фитопланктона и растений — 5 — 10 млрд. тонн, наземных животных — 5 млрд. тонн.
Наибольшая концентрация биомассы на границах сред:
граница литосферы и атмосферы;
граница гидросферы и атмосферы (планктонные организмы);
граница литосферы и гидросферы (бентосные организмы).
Первичная биомасса образуется автотрофами (обычно растениями) в процессе фотосинтеза с использованием солнечной энергии. Поэтому минимальная биомасса наблюдается в пустынях и во льдах, что связано в первую очередь с минимальным количеством растений в качестве источника прироста биомассы.
Структура биосферы
1.Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4 — 3,6 x тонн (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы (около 3 x тонн), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Однако именно эта часть биосферы является наиболее важной, т. к. активно участвует в биогеохимических циклах и преобразует неживое вещество Земли.
2. Биогенное вещество — осадочные породы, состоящие из продуктов жизнедеятельности живых организмов или представляющие собой их разложившиеся остатки (известняки, ракушечные породы, горючие сланцы, ископаемые угли, нефть и др.).
3. Косное вещество — вещество, образующееся без участия живых организмов.
4. Биокосное вещество — вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д.
5. Радиоактивные вещества и продукты их распада, а также атомы, непрерывно образующиеся из земного вещества под влиянием космических излучений.
6. Вещество космического происхождения (метеориты).
§ 50. Биосфера и ее границы
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Биология. 10 класс |
| Книга: | § 50. Биосфера и ее границы |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Четверг, 7 Октябрь 2021, 04:59 |
Оглавление
Биосфера
Биосфера (от греч bίos — жизнь и spháira — сфера, шар) — оболочка Земли, созданная и заселенная живыми организмами.
Термин «биосфера» в его современном понимании в 1875 г. ввел австрийский геолог Э. Зюсс. Понятие «биосфера» он трактовал как «тонкую» пленку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую лик Земли.
Годом появления учения о биосфере считается 1926 г., когда вышла книга русского ученого-естествоиспытателя В. И. Вернадского «Биосфера». Учение В. И. Вернадского о биосфере заставило ученых всего мира по-новому взглянуть на нашу планету. Он обобщил огромное количество научных данных, указывающих на тесную взаимосвязь жизни и неживого вещества, и показал, что планета Земля не только населена живыми организмами, но и активно ими преобразуется. Подчеркивая геологическую роль живых организмов, В. И. Вернадский писал: «На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а поэтому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». С участием живых организмов происходит образование почвы, осадочных пород, полезных ископаемых, разрушение горных пород, заболачивание.
*Границы биосферы
Границы биосферы определяются условиями, необходимыми для жизни: наличием воды, минеральных веществ, кислорода, углекислого газа, благоприятного температурного режима, степенью солености воды в водных экосистемах, уровнем радиации. Все эти условия оптимально сочетаются в местах контакта трех геологических оболочек Земли — атмосферы, литосферы и гидросферы. Каждая из этих геологических оболочек планеты имеет свои специфические свойства. Эти свойства определяют разнообразие форм живых организмов, обитающих в данной части биосферы, и формируют основные морфологические особенности наземных, водных и почвенных организмов, приспосабливая их к жизни в определенных условиях. Таким образом, воздушная, водная и почвенная оболочки земного шара представляют собой не просто пространство, заполненное жизнью, но выступают как основные среды жизни. Поэтому биосфера как живая оболочка планеты располагается в пределах этих трех сфер.
В состав биосферы входит лишь самый нижний слой атмосферы — тропосфера. Толщина тропосферы на экваторе составляет 18—22 км, в умеренных широтах — 10—16 км, а на полюсах — 8—10 км. Она определяется интенсивностью вертикальных (восходящих или нисходящих) потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности. Температура воздуха в тропосфере с высотой понижается на 0,6 ºС на каждые 100 м и колеблется от +40 ºС до –50 ºС. Верхней границей биосферы принято считать озоновый слой. Он расположен на разном расстоянии от поверхности Земли и имеет максимальную плотность озона на высоте 22—25 км. Выше озонового экрана жизнь невозможна из-за жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.
Ближе к поверхности Земли атмосфера насыщена многообразными наземными формами жизни: животными, растениями, грибами, протистами. Некоторые организмы, такие как насекомые, птицы, летучие мыши, поднимаются над ее поверхностью на сотни метров. Некоторые виды хищных птиц способны летать на высоте 3—7 км. Семена и споры растений, грибов, бактерии поднимаются пассивно вверх восходящими воздушными потоками на десятки километров (до высоты 20—22 км). Однако все перечисленные летающие организмы лишь временно находятся в атмосфере. Постоянно живущих в воздухе организмов нет.
Литосфера — твердая поверхностная оболочка Земли, включающая земную кору и часть верхней мантии. Ее толщина колеблется в пределах 50—200 км. Распространение жизни в литосфере ограничено и резко уменьшается с глубиной. Жизнь сосредоточена в самом верхнем слое литосферы — почвенном покрове и верхней части земной коры. Распространению жизни в глубь земной коры препятствуют различные факторы: отсутствие света, возрастающая с глубиной плотность среды, высокая температура. В среднем температурный прирост составляет около 3 °С на каждые 100 м. Именно поэтому температура является главным фактором, ограничивающим жизнь в литосфере. Подавляющее большинство видов сосредоточено в почве — верхнем рыхлом слое земной коры, в среднем имеющем толщину несколько десятков сантиметров. В глубину на несколько метров проникают, например, бактерии, корни растений, роющие животные — кроты, черви. Наибольшая глубина, на которой были обнаружены некоторые виды бактерий, составляет 3—4 км. Температура здесь достигает +100 °С. Именно эта глубина считается нижней границей распространения жизни в литосфере.
Гидросфера — водная оболочка Земли. В отличие от литосферы и атмосферы она полностью освоена живыми организмами. Даже на дне Мирового океана, на глубинах около 11 км, были обнаружены разнообразные виды животных, бактерий.
Английский натуралист Э. Форбс в 1841 г. по результатам своих наблюдений в Средиземном море заявил, что глубже 540 м жизнь в океанических водах невозможна. Однако 23 января 1960 г. исследователи-океанологи Ж. Пикар и Д. Уолш опустились в батискафе в Марианскую впадину Тихого океана и на глубине 10 525 м увидели рыб и креветок. Таким образом ученые смогли доказать существование живых организмов на больших глубинах.
Следует отметить, что плотность обитания организмов в океане неравномерна. Основная масса видов находится в гидросфере в пределах 150—200 м от поверхности. Это связано с глубиной проникновения света, являющегося лимитирующим фактором для существования автотрофных организмов, а следовательно, и видов животных, питающихся растениями. Однако существует немало видов глубоководных хищных животных и микроорганизмов, которые приспособлены к жизни в полнейшем мраке. Они имеют сверхчувствительные органы слуха и осязания, сильно развитые глаза, что дает возможность улавливать даже самые слабые световые волны. Некоторые виды не имеют глаз вовсе. Еще одно интересное приспособление глубоководных организмов — это люминесцентные органы, которые могут светиться, используя энергию химических реакций. Такой свет не только облегчает передвижение в полной темноте, но и приманивает потенциальную добычу.
Гидросфера играет огромную роль в формировании природной среды нашей планеты. Она активно влияет на атмосферные процессы, такие как нагревание и охлаждение воздушных масс, насыщение их влагой.
Атмосфера, литосфера и гидросфера тесно связаны между собой. На границах этих сфер сосредоточена основная часть видов живых организмов, образуя относительно тонкую «пленку жизни» на поверхности нашей планеты.
Повторим главное. Биосфера — оболочка Земли, созданная и заселенная живыми организмами. Биосфера как область существования жизни охватывает нижнюю часть атмосферы — тропосферу (от 8 км в высоту у полюсов до 22 км в высоту у экватора), верхнюю часть литосферы (3—4 км в глубину) и всю гидросферу (до 11 км в глубину). Лимитирующим фактором распространения жизни в атмосфере является ультрафиолетовое излучение, в литосфере — высокая температура, гидросфера заселена практически полностью и ограничена дном Мирового океана.
Проверим знания
1. Что такое биосфера?
2. В пределах каких сфер Земли располагается биосфера?
3. Назовите лимитирующие факторы, ограничивающие распространение жизни в атмосфере, литосфере и гидросфере.
*4. Накоплениями каких веществ в атмосфере вызван парниковый эффект?
*5. Какова роль озонового слоя в сохранении жизни на Земле?
1. Распространение жизни в биосфере крайне неравномерно. Приведите примеры этого факта и объясните, чем это обусловлено.
*2. Как вы считаете, что будет являться лимитирующим фактором, препятствующим произрастанию цветковых растений в горах высотой свыше 6000 м: а) недостаток света; б) недостаток тепла; в) дефицит кислорода? Ответ обоснуйте.
*3. Установите соответствие между оболочками Земли:
1) литосфера;
2) гидросфера;
3) атмосфера — и компонентами природы: а) климат; б) реки; в) рельеф; г) озера; д) почва.
4. Возможно ли создать искусственную биосферу? Ответ обоснуйте.
Биология в лицее
Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation
Границы биосферы
Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делают невозможным существование живых организмов.
Верхней границей, проходящей примерно на высоте 20 км от поверхности планеты, является озоновый слой, задерживающий губительную для жизни коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца. На эту высоту поднимаются лишь споры растений и грибов, пыльца растений и некоторые бактерии.
Пыльца растений поднимается в атмосфере на высоту в 20 — 25 км.
Летающие насекомые и птицы обычно не поднимаются выше 1000 м.
Нижняя граница биосферы проходит по гидросфере, где жизнь распространена повсюду, и литосфере, до глубины 3 — 7 км, куда проникает вода.
Распространение живых организмов в водной оболочке нашей планеты определяется дном Мирового океана.
В глубинах Мирового океана многие организмы обладают способностью светиться.
В гидросфере организмы проникают на всю глубину Мирового океана — до 10—11 км. Там обитают необычные животные, например рыбы глубоководные удильщики.
В литосфере живое встречается до глубины в 3,5—7,5 км; за этими пределами высокая температура земных недр и отсутствие воды делают жизнь невозможной. Однако большинство живых организмов ограничивают своё распространение вглубь несколькими метрами.
На огромной глубине живут лишь анаэробные бактерии, например бактерии, обитающие в нефтяных отложениях.
Атмосфера (др.греч. атмос — пар и сфера — шар) — газовая оболочка, окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и земную кору, внешняя граничит с космическим пространством.
Вертикальная структура атмосферы. Толщина атмосферы — примерно 2000—3000 км от поверхности Земли.
Нижний слой атмосферы называют тропосферой (лат. тропос — изменение), поскольку температура убывает с высотой в среднем на 0,65 °С на каждые 100 м. Тропосфера содержит более 80% всей массы атмосферного воздуха и около 90% всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты вертикальные и горизонтальные движения воздушных масс, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны.
Следующий слой — стратосфера (греч. стратос — слой) — слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. В нижнем слое стратосферы температура с высотой продолжает падать до уровня 25 км, а затем начинает повышаться и к 40 км достигает 0 °С, а затем остается постоянной. Это явление объясняется наличием на высоте 15 — 25 км озонового слоя, отражающего губительное для жизни на Земле ультрафиолетовое излучение Солнца. В стратосфере воздух очень разрежен и почти не содержит водяного пара.
Газовый состав атмосферы. В атмосфере содержатся в основном азот и кислород. В небольших количествах в атмосферном воздухе содержатся диоксид углерода (0,03%) и озон. Азот, углекислый газ и пары воды атмосферы образовались преимущественно благодаря вулканической деятельности, а кислород — в результате фотосинтеза.
Состояние атмосферы оказывает большое влияние на все процессы, происходящие на Земле. Для биологических процессов наибольшее значение имеют кислород, используемый организмами для дыхания и минерализации мёртвого органического вещества, и диоксид углерода (углекислый газ), участвующий в фотосинтезе, а также озон, экранирующий земную поверхность от жёсткого ультрафиолетового излучения.
Гидросфера (от греч. хюдор — вода и сфера — шар) — прерывистая водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и твёрдой земной корой (литосферой) и представляющая собой совокупность океанов, морей и поверхностных вод суши.
Большое значение имеют газы, растворённые в воде: кислород и углекислый газ. Их содержание в водоёмах широко варьирует в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше углекислого газа, чем в атмосфере.
Литосфера (от греч. литос — камень и сфера — шар) — твёрдая оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней части мантии.
Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества — продукты жизнедеятельности организмов.
Границы жизни на Земле
Биосфера, общая характеристика
Биосфера в переводе с греческого языка сфера жизни или оболочка, где есть жизнь. Считается, что организмы, взаимодействуя друг с другом и выделяя продукты своей жизнедеятельности, преобразовывают эту оболочку. С точки зрения живого организма, которым является и человек, именно он главный в этой сфере Земли. Он все преобразовывает и изменяет. Так ли это? Какова его роль? А для начала надо понять, как границы биосферы определяются и каковы они?
Наличие жизни – вот главный критерий при ответе на эти вопросы. По последним, но неокончательным, научным сведениям она на Земле существует в границах до 20 км над нею и до 8 км вглубь. В водах Мирового океана есть на глубине в 11 км.
Верхняя граница биосферы — слой, который защищает все живое от ультрафиолетовых лучей. Нижняя граница под поверхностью Земли определяется температурой. Между границами расположились несколько слоев. Это атмосфера или воздушное пространство, гидросфера или водная оболочка и литосфера или земная кора.
Эти оболочки представляют три фазы существования вещества. Твердую – земная кора, жидкую – вода и газообразную – воздух. Они между собой тесно связаны, переходят и влияют одна в другую. А живые организмы существуют во всех этих оболочках — состояниях. Мигрируют из одной в другую, пронизывают их и связывают.
Кроме того, состав биосферы обладает определенной структурой. В нее входит живое, биогенное, косное и биокосное вещество, атомы и вещества космического происхождения, а также, находящееся в стадии радиоактивного распада. Живое вещество – это вся совокупность живых организмов. Биогенное – это то, что получается в результате их жизнедеятельности. Косное образуется без участия живых организмов. Биокосное – продукт их «совместного» труда. Остальные несущественны и что собой представляют понятно из их названия.
Границы биосферы, ее слои и структура – это ее «внешние» характеристики. «Внутренний» состав биосферы — химический.
Литосфера
В земной коре присутствуют еще два вида газа – водород и гелий. Но их содержание очень низко, за счет инертности, то есть летучести. Кислород присутствует практически во всех видах соединений, составляющих литосферу. Их называют макроэлементами. Элементы, которых в коре менее доли процента, соответственно, микроэлементами. Причем элементы наименее распространённые, имеют наибольшую популярность в хозяйственной деятельности человека. Цирконий востребование меди, а ртуть — других редкоземельных металлов. Некоторые элементы не нашли своего применения, хотя в земле их присутствие довольно велико. Например, рубидий, ванадий, гафний или скандий.
Гидросфера
Гидросфера или водная оболочка Земли. В нее входят океаны, моря, реки и другие водоемы, расположенные на суше. Толщина этого слоя неравномерно распределена по планете. В океанах она до 5 км, а «сухопутных» водоемов — несколько десятков метров. Тем не менее, вода покрывает 71% площади Земли. Основные ее химические элементы — это водород и кислород. Вода в гидросфере бывает соленой и пресной. Причем соленой – 98%, а пресной только 2%. По состоянию – жидкой, твердой и газообразной. Пресной воды в жидком состоянии всего лишь 0,025%, льда — 1,6%.
Самая распространенная на Земле жидкость – вода имеет уникальные качества и отличается от всех других известных видов жидкостей. Например, у всех жидкостей их твердое состояние тяжелее жидкого. А лед плавает на поверхности воды. Такие аномальные качества относят за счет строения ее молекулы – трехатомного. Все имеющиеся на Земле водные объекты разделяют на поверхностные, подземные и глубинные. По составу содержащегося в них газа на: кислородные, углекислые, метановые, азотные, сероводородные, водородные и другие. Несмотря на разные качества и место пребывания, водные объекты находятся в постоянной взаимосвязи и водообмене.
Основная масса воды соленая, потому за среднюю плотность воды принимают ее показатели. Он составляет 1,028. Соленость воды выражается в промилях, то есть количестве граммов соли на один килограмм воды. Средняя соленость океана 35 0 /00.
Вода в своем составе содержит, кроме основных, множество других веществ и соединений. Как правило, это хлориды щелочных или щелочноземельных элементов. Меньше в воде присутствуют сульфаты и гидрокарбонаты. Среди элементов выделяется существенное содержание брома, стронция, бора, фтора, йода и бария. В отличие от земной коры, в воде незначительное количество железа и алюминия. В воде есть концентрации некоторых газов. Таких как кислород, азот, углекислый газ, гелий, неон и сероводород.
Атмосфера
Атмосфера или шар из пара, укрывающий нашу планету. Его высота от поверхности Земли около 1300 км. «Около», потому что четкой границы атмосфера Земли с космосом не имеет. Воздух – основа атмосферы. В его состав входит: азот, кислород, углекислый газ, водяной пар, аэрозоли, пыль, солевые частицы и так далее. Такой состав воздуха сложился в результате биогенных процессов, вулканической и техногенной деятельности.
Атмосфера по мере удаленности от поверхности Земли делится на несколько слоев: тропосфера, стратосфера и ионосфера.
Верхняя граница тропосферы около 15 км от Земли. В ее газовый состав входит, прежде всего, азот. Его содержание 78%. А также кислород – 21%, аргон – до 1% и углекислый газ – 0,03%. Есть в нем также гелий, водород, криптон, ксенон и озон. Каждый составляющий атмосферу газ, независимо от объемов его содержания, играет свою значимую роль. Углекислый газ – источник жизни растений, озон – защищает все живое от ультрафиолетового излучения и так далее.
Кроме «постоянных» компонентов, атмосферу наполняют «временные». Например, водяные пары. Их содержание может достигать 4%. Его основная функция – регулировать климат. Он поглощает тепло и тем смягчает колебания температуры. Еще одним «временным» компонентом является хлорид натрия. Он попадает на Землю с осадками. Испаряясь, он попадает в воздух. Наибольшее его количество на морском побережье. С поверхности океана испаряются фтор, бром и йод, которые также попадают в атмосферу.
Источниками несвойственных для состава атмосферы газов являются техногенные выбросы. Доля техногенных газов в атмосфере пока невелика, но они уменьшают в ней количество кислорода. Особенно следует отметить сернистый газ, сероводород, окиси углерода и соединения свинца. Их количество постоянно возрастает.
Процесс изменения состава атмосферы явление не новое. Он происходил постоянно на протяжении многих лет. Однако, это были естественные изменения, к которым природа адаптировалась и приспосабливалась. Изменения, которые наблюдаются сейчас, носят неприродный характер. Справиться ли она с ними – вопрос.
Вот каковы биосферы границы, структура, «внутренние» и «внешние» характеристики.
Живые организмы также входят в состав биосферы, потому необходимо рассмотреть их роль в ее существовании.
Живые организмы
Определение биосферы говорит о том, что живые организмы ее преобразовывают.
Они состоят из органического вещества, хотя оно, в свою очередь, необязательно живое. Главным свойством живых организмов является непрерывный обмен химическими элементами. По поверхности Земли живые организмы распределены неравномерно. Границы своего существования, как вертикальные, так и горизонтальные, живые организмы пытаются расширить и все пустоты заполнить. Воздействие живых организмов на окружающую среду началось с их появлением около 4 млрд. лет назад. Они разнообразны по видам, морфологии, физиологии и так далее. И, тем не менее, во всех них присутствуют нескольких основных химических элементов – кислорода, углерода, водорода и азота. А состоят они из воды и органического вещества.
Если химический состав живых организмов аналогичен все остальной окружающей среде, то какая их роль и почему без них природа не смогла обойтись? А все очень просто. Живые организмы являются носителями энергии, без которой перемещение химических элементов и их переход из одной стадии в другую невозможен.
