Организация живой материи на биосферном уровне
Жизнь существует на различных уровнях организации, высшим из которых является биосферный.
Биосфера – это часть оболочки земного шара, населенная живыми организмами. Она включает литосферу,
атмосферу и гидросферу.
Учение о биосфере было создано русским ученым В. И. Вернадским (1863–1945), который в 1924 году
опубликовал работу «Биосфера». Согласно этому учению:
• биосфера является живой оболочкой Земли;
• в биосфере солнечная энергия преобразуется в различные типы энергии: электрическую, химическую,
механическую, тепловую.
Большинство живых организмов сконцентрировано на поверхности Земли, на небольшой глубине
в водных бассейнах, в воздушном пространстве, в поверхностных слоях почвы (до 25-35 см). Однако
пределы существования жизни намного шире. Некоторые бактерии находят в литосфере на глубине до
8 км. В гидросфере жизнь простирается на всю ее глубину (свыше 11 км), а в пределах атмосферы – до
85 км (споры отдельных бактерий).
Предполагают, что современная биосфера содержит около 2 млн видов организмов, а общее число
видов с момента ее образования до настоящего времени превышает 1 млрд видов. Разнообразие видов
и плотность расселения в пределах биосферы зависят от многих факторов: вида, географической зоны,
степени адаптации и др.
В состав биосферы входят следующие компоненты:
1) живое вещество – образовано совокупностью организмов: растений (99 % экосистем суши и
около 50 % водных экосистем) и животных. Вся биомасса равна примерно 2,4х1012 тонн (около 0,001
% массы земной коры);
2) биогенное вещество – создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов
(гумус, газы атмосферы, каменный уголь и др.);
3) косное вещество – образуется без участия живых организмов (продукты тектонической деятельности,
метеориты);
4) биокосное вещество – образуется в результате совместной деятельности организмов и абиогенных
процессов (почва, ил, подземные воды);
5) радиоактивное вещество – представлено природными радиоактивными изотопами (235U, 238U,
40K, 14C, 3H и др.), продуцирующими ионизирующие излучения;
6) свободные атомы – залежи металлов в слоях литосферы;
7) космическая пыль – твердые частицы космического происхождения;
8) техногенное вещество – продукты промышленной деятельности человека.
Биосфера, являясь открытой системой, характеризуется постоянным круговоротом веществ и энергии
при непосредственном участии живых организмов.
Автотрофные организмы синтезируют органические вещества, используя поглощенные из воды или
почвы питательные вещества, углекислый газ и солнечную энергию. На основе процессов фотосинтеза и
дыхания эти организмы поддерживают нормальное соотношение кислорода и углекислого газа, а также –
водный баланс. Образованная органическая биомасса обеспечивает существование гетеротрофных организмов.
Консументы (животные) расщепляют эти вещества до более простых, из которых синтезируют
свои собственные вещества. И в завершение: сапрофитные организмы (некоторые грибы и бактерии)
расщепляют органические вещества до неорганических, которые вовлекаются в дальнейшем в круговорот
большинства химических элементов (углерода, азота, фосфора, кислорода, водорода, серы и др.).
Биогеохимический круговорот веществ не является замкнутым. Оборот веществ составляет 90–
98 %. Остальное представляет «геологические отложения».
Примерно каждые 8 лет в биосфере происходит обновление биомассы, причем биомасса океана обновляется
намного быстрее, чем растительная масса суши. Так, органическая масса океанов обновляется
каждые 33 дня, а растительная – ежедневно, в то время как для обновления растительной массы суши
необходим более продолжительный период – около 14 лет.
4. Экология и охрана окружающей среды 135
Растительная биомасса в разных географических зонах
Тропический
лес
Субтропический
лес
Лиственный
лес
Смешанный
лес
Хвойный
лес
Тундра
Биомасса и разнообразие видов в наземных экосистемах увеличиваются от полюсов к экватору. В
тундре количество видов составляет около 500, в степной зоне – до 2000, а в тропических лесах – более
8000 видов.
Круговорот углерода в природе
СО2 в атмосфере
Органический
углерод
Углерод мертвого
органического
вещества
Глюкоза, крахмал,
целлюлоза и др.
Разложение
организмов
Сгорание
Дыхание
Питание
Дыхание разлагателей
Разложение организмов
Образование залежей
ископаемых
Дыхание
Фотосинтез
Углерод в
подземных
ископаемых
Обмен воды в гидросфере составляет около 2800 лет. Обновление кислорода атмосферы происходит
в течение нескольких тысяч лет, а углекислого газа – 6,3 года.
В биосфере постоянно происходят синтез органических веществ с накоплением энергии и разложение
сложных веществ на более простые.
Важной особенностью биосферы является происходящий в ней круговорот веществ, который заключается
в непрерывной циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми
организмами. Различают большой (геологический) и малый (биологический) круговороты, последний
из которых ограничен пределами биосферы.
Живые организмы через пищевые цепи обеспечивают биогенное перемещение химических элементов
из среды и благодаря биогеохимическим круговоротам сохраняют свое динамическое равновесие.
Активное участие организмов в перемещении химических элементов можно наблюдать на примере
круговорота углерода.
Круговорот углерода начинается с фиксации атмосферного диоксида углерода (углекислого газа) зелеными
растениями в ходе фотосинтеза. Часть образовавшихся при этом углеводов используется самими
растениями, а часть потребляется животными. Мертвые растения и животные разлагаются, углерод
из тканей окисляется и в виде диоксида поступает в атмосферу. Диоксид углерода выделяется также в
процессе дыхания животных и растений. При разложении мертвых организмов без доступа кислорода
образуется торф, каменный уголь и нефть. В процессе их сгорания для получения энергии образуется
диоксид углерода, который возвращается в атмосферу. Таким образом, круг замыкается и начинается
новый цикл.
136 4. Экология и охрана окружающей среды
Участвуя в круговороте веществ в природе, живое вещество осуществляет важнейшие биогеохимические
функции:
• газовая функция – заключается в поддержании постоянства газового состава атмосферы (поглощение
диоксида углерода растениями и выделение кислорода в процессе фотосинтеза; потребление кислорода
при дыхании и выделение диоксида углерода; восстановление азота, сероводорода и др.);
• концентрирующая функция – заключается в поглощении и накоплении в живых организмах различных
химических элементов (углерода, азота, водорода, кислорода, фосфора, серы, железа, йода и др.);
• окислительно-восстановительная функция – заключается в окислении и восстановлении веществ
в живых организмах (восстановление диоксида углерода до углеводов в процессе фотосинтеза и
окисление их до диоксида углерода при дыхании).
Глобальный круговорот веществ в биосфере заключается в перемещении веществ в литосферу, гидросферу,
атмосферу при непосредственном участии живых организмов. Благодаря биологическому
круговороту жизнь поддерживается и в условиях пониженной концентрации химических элементов.
Биологический круговорот обеспечивает циркуляцию веществ и энергии при участии продуцентов,
консументов и редуцентов природных и искусственных систем. Он бывает двух типов: открытый и
закрытый. В закрытом круговороте все вещества экосистем вовлекаются в последовательные превращения
в пределах трофических цепей.
В открытых биологических круговоротах энергия запасается в тканях растений и животных в виде
органических соединений, потребляемых другими животными и человеком. Часть энергии консервируется
в нефти, угле, торфе.
В заключение следует подчеркнуть, что круговорот веществ и энергии обеспечивает динамическое
равновесие в биосфере – высшем уровне организации живой материи.
Жизнь существует на различных уровнях организации, высшим из которых является биосферный.
Биосфера – это часть оболочки земного шара, населенная живыми организмами. Она включает литосферу,
атмосферу и гидросферу.
Учение о биосфере было создано русским ученым В. И. Вернадским (1863–1945), который в 1924 году
опубликовал работу «Биосфера». Согласно этому учению:
• биосфера является живой оболочкой Земли;
• в биосфере солнечная энергия преобразуется в различные типы энергии: электрическую, химическую,
механическую, тепловую.
Большинство живых организмов сконцентрировано на поверхности Земли, на небольшой глубине
в водных бассейнах, в воздушном пространстве, в поверхностных слоях почвы (до 25-35 см). Однако
пределы существования жизни намного шире. Некоторые бактерии находят в литосфере на глубине до
8 км. В гидросфере жизнь простирается на всю ее глубину (свыше 11 км), а в пределах атмосферы – до
85 км (споры отдельных бактерий).
Предполагают, что современная биосфера содержит около 2 млн видов организмов, а общее число
видов с момента ее образования до настоящего времени превышает 1 млрд видов. Разнообразие видов
и плотность расселения в пределах биосферы зависят от многих факторов: вида, географической зоны,
степени адаптации и др.
В состав биосферы входят следующие компоненты:
1) живое вещество – образовано совокупностью организмов: растений (99 % экосистем суши и
около 50 % водных экосистем) и животных. Вся биомасса равна примерно 2,4х1012 тонн (около 0,001
% массы земной коры);
2) биогенное вещество – создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов
(гумус, газы атмосферы, каменный уголь и др.);
3) косное вещество – образуется без участия живых организмов (продукты тектонической деятельности,
метеориты);
4) биокосное вещество – образуется в результате совместной деятельности организмов и абиогенных
процессов (почва, ил, подземные воды);
5) радиоактивное вещество – представлено природными радиоактивными изотопами (235U, 238U,
40K, 14C, 3H и др.), продуцирующими ионизирующие излучения;
6) свободные атомы – залежи металлов в слоях литосферы;
7) космическая пыль – твердые частицы космического происхождения;
8) техногенное вещество – продукты промышленной деятельности человека.
Биосфера, являясь открытой системой, характеризуется постоянным круговоротом веществ и энергии
при непосредственном участии живых организмов.
Автотрофные организмы синтезируют органические вещества, используя поглощенные из воды или
почвы питательные вещества, углекислый газ и солнечную энергию. На основе процессов фотосинтеза и
дыхания эти организмы поддерживают нормальное соотношение кислорода и углекислого газа, а также –
водный баланс. Образованная органическая биомасса обеспечивает существование гетеротрофных организмов.
Консументы (животные) расщепляют эти вещества до более простых, из которых синтезируют
свои собственные вещества. И в завершение: сапрофитные организмы (некоторые грибы и бактерии)
расщепляют органические вещества до неорганических, которые вовлекаются в дальнейшем в круговорот
большинства химических элементов (углерода, азота, фосфора, кислорода, водорода, серы и др.).
Биогеохимический круговорот веществ не является замкнутым. Оборот веществ составляет 90–
98 %. Остальное представляет «геологические отложения».
Примерно каждые 8 лет в биосфере происходит обновление биомассы, причем биомасса океана обновляется
намного быстрее, чем растительная масса суши. Так, органическая масса океанов обновляется
каждые 33 дня, а растительная – ежедневно, в то время как для обновления растительной массы суши
необходим более продолжительный период – около 14 лет.
4. Экология и охрана окружающей среды 135
Растительная биомасса в разных географических зонах
Тропический
лес
Субтропический
лес
Лиственный
лес
Смешанный
лес
Хвойный
лес
Тундра
Биомасса и разнообразие видов в наземных экосистемах увеличиваются от полюсов к экватору. В
тундре количество видов составляет около 500, в степной зоне – до 2000, а в тропических лесах – более
8000 видов.
Круговорот углерода в природе
СО2 в атмосфере
Органический
углерод
Углерод мертвого
органического
вещества
Глюкоза, крахмал,
целлюлоза и др.
Разложение
организмов
Сгорание
Дыхание
Питание
Дыхание разлагателей
Разложение организмов
Образование залежей
ископаемых
Дыхание
Фотосинтез
Углерод в
подземных
ископаемых
Обмен воды в гидросфере составляет около 2800 лет. Обновление кислорода атмосферы происходит
в течение нескольких тысяч лет, а углекислого газа – 6,3 года.
В биосфере постоянно происходят синтез органических веществ с накоплением энергии и разложение
сложных веществ на более простые.
Важной особенностью биосферы является происходящий в ней круговорот веществ, который заключается
в непрерывной циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми
организмами. Различают большой (геологический) и малый (биологический) круговороты, последний
из которых ограничен пределами биосферы.
Живые организмы через пищевые цепи обеспечивают биогенное перемещение химических элементов
из среды и благодаря биогеохимическим круговоротам сохраняют свое динамическое равновесие.
Активное участие организмов в перемещении химических элементов можно наблюдать на примере
круговорота углерода.
Круговорот углерода начинается с фиксации атмосферного диоксида углерода (углекислого газа) зелеными
растениями в ходе фотосинтеза. Часть образовавшихся при этом углеводов используется самими
растениями, а часть потребляется животными. Мертвые растения и животные разлагаются, углерод
из тканей окисляется и в виде диоксида поступает в атмосферу. Диоксид углерода выделяется также в
процессе дыхания животных и растений. При разложении мертвых организмов без доступа кислорода
образуется торф, каменный уголь и нефть. В процессе их сгорания для получения энергии образуется
диоксид углерода, который возвращается в атмосферу. Таким образом, круг замыкается и начинается
новый цикл.
136 4. Экология и охрана окружающей среды
Участвуя в круговороте веществ в природе, живое вещество осуществляет важнейшие биогеохимические
функции:
• газовая функция – заключается в поддержании постоянства газового состава атмосферы (поглощение
диоксида углерода растениями и выделение кислорода в процессе фотосинтеза; потребление кислорода
при дыхании и выделение диоксида углерода; восстановление азота, сероводорода и др.);
• концентрирующая функция – заключается в поглощении и накоплении в живых организмах различных
химических элементов (углерода, азота, водорода, кислорода, фосфора, серы, железа, йода и др.);
• окислительно-восстановительная функция – заключается в окислении и восстановлении веществ
в живых организмах (восстановление диоксида углерода до углеводов в процессе фотосинтеза и
окисление их до диоксида углерода при дыхании).
Глобальный круговорот веществ в биосфере заключается в перемещении веществ в литосферу, гидросферу,
атмосферу при непосредственном участии живых организмов. Благодаря биологическому
круговороту жизнь поддерживается и в условиях пониженной концентрации химических элементов.
Биологический круговорот обеспечивает циркуляцию веществ и энергии при участии продуцентов,
консументов и редуцентов природных и искусственных систем. Он бывает двух типов: открытый и
закрытый. В закрытом круговороте все вещества экосистем вовлекаются в последовательные превращения
в пределах трофических цепей.
В открытых биологических круговоротах энергия запасается в тканях растений и животных в виде
органических соединений, потребляемых другими животными и человеком. Часть энергии консервируется
в нефти, угле, торфе.
В заключение следует подчеркнуть, что круговорот веществ и энергии обеспечивает динамическое
равновесие в биосфере – высшем уровне организации живой материи.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu