чем ограничен верхний предел жизни в биосфере
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).
Биосфера
Запомните, что наибольшая концентрация живого вещества сосредоточена на границе сред (к примеру, на границе литосферы и атмосферы).
Границы биосферы
Выше «озонового экрана» существование жизни в привычном для нас виде невозможно, так как губительное УФ (ультрафиолетовое) излучение уничтожает все живое. Возникновению жизни в недрах Земли препятствует высокая температура, оказывающая разрушительное воздействие.
Вещество биосферы
Формируется без участия живых организмов. Базальт, гранит, песок, золотоносные руды. К косному веществу можно отнести горные породы магматического происхождения, образовавшиеся в результате извержения вулканов.
Это вещество образуется живыми организмами в процессе их жизнедеятельности. Примерами биогенного вещества могут послужить залежи известняка, природный газ, кислород, нефть, каменный уголь, торф.
Биокосное вещество создается одновременно деятельностью живых организмов и косными процессами. Таким образом, биокосное вещество объединяет в себе живое и косное вещества.
Функции живого вещества
Деятельность живых организмов обеспечивает постоянный газовый состав атмосферы. В ходе дыхания животные поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а растения в ходе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Бактерии хемотрофы также выделяют в атмосферу некоторые газы, полученные окислением сероводорода, азота.
Я никогда не перестану восхищаться этой функцией живого вещества. Вы только вдумайтесь: на одной и той же почве, рядом друг с другом, растут совершенно разные растения по форме, размеру и окраске плодов, цветков! Каждый раз задумываешься: как это возможно?
Живые организмы способны окислять и восстанавливать различные химические вещества. На реакциях окисления и восстановления основан метаболизм (обмен веществ) любого живого существа, подобные реакции протекают постоянно в ходе фотосинтеза, энергетического обмена.
Теория биогенной миграции атомов Вернадского В.И.
При непосредственном участии живого вещества в биосфере непрерывно осуществляется биогенная миграция атомов. Даже сейчас, с каждым вашим вдохом, атомы кислорода соединяются с гемоглобином эритроцитов, доставляются по крови к клеткам тканей организма и становятся частью ваших клеток.
Откуда взялся кислород, которым мы дышим? Его в процессе фотосинтеза выделили растения. Для процесса фотосинтеза необходим углекислый газ, который в процессе дыхания выделяют животные, углекислый газ, который образуется при разложении останков растений и животных. Получается круговорот атомов.
Я искренне восхищаюсь этой теорией, она показывает непрерывность жизни, бесконечность нашего существования и единство всего живого.
Ноосфера
К сожалению, нынешняя ситуация напоминает старую поговорку: «Пока не потеряешь, не осознаешь ценность». Неужели растения должны исчезнуть с лица Земли, чтобы мы вспомнили о том, что благодаря фотосинтезу в их листьях мы дышим кислородом? В этом случае чувство нашего ложного величия может сильно пострадать.
Круговорот веществ
Подобно этому, долгое время нефть и уголь были почти полностью исключены из круговорота веществ, однако в настоящее время человек «вернул их в строй» вместе с выхлопными газами.
Азот находится в воздухе, которым мы дышим, и составляет 78% от его объема. Большая часть азота поступает в почву и воду благодаря деятельности микроорганизмов, бактерий и водорослей.
Широко известны клубеньковые бактерии на корнях бобовых растений, находящиеся с ними в симбиозе. Клубеньковые бактерии переводят атмосферный азот в нитраты, которые необходимы для роста и развития растения и могут быть усвоены им, в отличие от атмосферного азота (газа).
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Биология. 11 класс
«Плёнка жизни»
Состав и функции биосферы
Необходимо запомнить
Термин «биосфера» (от греч. bios – жизнь, sphaira – плёнка) был предложен австралийским учёным Э. Зюссом (1831–1914), который понимал под биосферой совокупность живых организмов Земли.
Учение о биосфере разработано российским учёным, академиком В. И. Вернадским (1863–1945). В. И. Вернадский распространил понятие биосферы не только на живые организмы, но и на геологические оболочки, заселённые ими. По В. И. Вернадскому Земля состоит из четырёх принципиальных типов материи.
Все вещества биосферы подразделяются на четыре группы:
– живое вещество – совокупность живых организмов Земли;
– косное вещество – вещество неживой природы (песок, глина, гранит, базальт);
– биокосное вещество – результат взаимодействия живых организмов с неживой природой (вода, почва, ил);
– биогенное вещество – вещества, создаваемые в результате жизнедеятельности организмов (осадочные породы, каменный уголь, нефть).
Биосфера – оболочка Земли, основная роль в формировании которой принадлежит живым организмам. В состав биосферы входят верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы (тропосфера) и вся гидросфера, связанные между собой сложными круговоротами веществ и энергии. Нижний предел жизни на Земле (до глубины 3 км) ограничен высокой температурой земных недр, верхний предел (20 км) – жёстким излучением ультрафиолетовых лучей (все, что находится на высоте ниже 20 км, защищено от губительного излучения озоновым слоем). Тем не менее, на границах биосферы можно найти, в основном, лишь микроорганизмы (обычно в виде спор); наибольшая же концентрация биомассы наблюдается у поверхности суши и океана, в местах соприкосновения оболочек – литосферы, гидросферы и атмосферы. Организмы, составляющие биосферу, обладают поразительной способностью к размножению и распространению по планете.
Литосфера – «каменная оболочка» Земли – представляет собой верхнюю часть земной коры, изменённой в результате физического, химического и биологического воздействия. Состоит из осадочных пород, ниже которых находятся гранитный и базальтовые слои.
Нижняя граница жизни в литосфере проходит на уровне 4–7 км, ниже проникновение жизни ограничено воздействием высоких температур, отсутствием воды. Наиболее заселены поверхность Земли и верхний слой почвы.
Гидросфера «водная оболочка» образована Мировым океаном и водоёмами суши – реками, озёрам. Много воды находится в подземных водах и ледниках. Гидросфера заселена по всей толщине, живые организмы представлены бентосом, планктоном и нектоном.
Атмосфера подразделяется на тропосферу – нижнюю часть атмосферы, высота которой доходит до 20 км, выше находится стратосфера (до 100 км), ещё выше ионосфера.
Заселена только тропосфера, верхняя граница жизни проходит на высоте около 20 км, куда восходящие потоки воздуха заносят споры микроорганизмов.
В атмосфере, на высоте 15–35 км свободный кислород (О2) превращается в озон (О3), который отражает жёсткий ультрафиолет (свет с длиной волны менее 290 нм), вызывающий мутации в клетках живых организмов.
Функции живого вещества
1. Энергетическая функция, связана с превращением солнечной энергии в энергию химических связей образованного органического вещества.
3. Концентрационная функция живого вещества проявляется в захвате и накоплении живыми организмами определённых химических элементов – углерода, кислорода, водорода, азота, калия, натрия, кремния, йода и др.
4. Окислительно-восстановительная функция связана с химическими превращениями веществ в ходе окислительно-восстановительных реакций.
За время существования Земли сменились миллиарды поколений живых организмов. Все они использовали неорганические вещества, органические вещества, а также энергию. Эти ресурсы не исчерпываются, поскольку существует круговорот, т. е. циклический переход вещества и энергии между разными организмами. Благодаря ему вещество нигде не скапливается и постоянно обновляется. Рассмотрим круговорот воды, углерода, азота.
Вода – самое распространённое вещество в Биосфере. Основные её запасы сосредоточены в морях и океанах. Пресная вода сосредоточена в ледниках и вечных снегах, а также в подземных водах. Лишь незначительная часть пресных вод заключена в озёрах, реках, болотах и атмосферных осадках. Живые организмы не только потребляют воду, но и отдают её обратно в виде испарения или жидких выделений.
Испарение уходит в атмосферу, а жидкая вода стекает и скапливается в крупнейших водах бассейна. Под действием солнечной радиации вода в бассейне испаряется в атмосферу, переносится на большие расстояния и выпадает в виде осадков и становится доступной для всех живых существ.
Источником его для фотосинтеза служит углекислый газ, находящийся в атмосфере или растворенный в воде. Углерод, связанный в горных породах, вовлекается в круговорот значительно медленнее. В составе синтезированных растением органических веществ углерод поступает, затем в цепи питания через живые или мёртвые ткани растений и возвращается в атмосферу снова в форме углекислого газа в результате дыхания, брожения или сгорания топлива (древесины, нефти, угля и т. п.). Продолжительность цикла углерода равна трём – четырём столетиям.
Растения получают азот в основном из разлагающегося мёртвого органического вещества посредством деятельности бактерий, которые превращают азот белков в усваиваемую растениями форму. Другой источник – свободный азот атмосферы – растениям непосредственно недоступен. Но его связывают, т. е. переводят в другие химические формы, некоторые группы бактерий и сине-зелёные водоросли, они обогащают им почву. Многие растения находятся в симбиозе с азотфиксирующими бактериями, обитающими в клубеньках на их корнях. Из отмерших растений или трупов животных часть азота, за счёт деятельности денитрифицирующих бактерий превращается в свободную форму и вновь поступает в атмосферу.
Круговорот воды в природе
Возникновение понятия о биосфере и её границы
Уже сотни людей побывали в космосе и через иллюминаторы космических летательных аппаратов видели внешний облик нашей планеты. Но ещё в начале XX века В. И. Вернадский сумел взглянуть на Землю с ещё более далёкого расстояния и силой могучего воображения увидел главное, что отличает Землю от других планет – наличие на ней «проникнутой жизнью оболочки!»
«…Сейчас в ней происходит бурный рассвет. Мы знаем только маленькую частичку этой непонятной, неясной, всеобъемлющей загадки…» (В. И. Вернадский).
Понятие о биосфере было упомянуто в книге «Гидрогеология» (1802 г.) французским естествоиспытателем Ж. Б. Ламарком. В научном обиходе слово «биосфера» появилось в 1875 г. на страницах книги «Лик Земли» австрийского геолога Э. Зюсса.
Учение о биосфере было создано русским геохимиком В. И. Вернадским в 20–30 годах XX в. В его основу было положено представление о планетарной биогеохимической функции живого вещества и о сложной организации биосферы.
Биосфера занимает нижнюю часть атмосферы, верхний слой литосферы и всю гидросферу. Общая толщина биосферы – около 17 км. Вглубь литосферы организмы проникают примерно на 6–7 км, в гидросфере живые организмы проникают на глубину около 11 км. В атмосфере биосфера занимает только тропосферу.
Основные факторы, определяющие границы биосферы
– Действие ультрафиолетовых лучей (определяет верхний предел жизни).
– Температура земных недр (определяет нижний предел жизни).
Границы биосферы определяются естественными факторами, воздействующими на организм. Основным из них является действие ультрафиолетовых лучей и температуры.
Доказано, что умеренная солнечная радиация вызывает отложение пигмента меланина (загар), благоприятно влияющего на здоровье. И, наоборот, неумеренное солнечное облучение, особенно с 11 до 16 ч. обостряет такие хронические заболевания, как туберкулёз, заболевания женской половой системы, провоцирует образование злокачественной опухоли. Избыток солнечной радиации вызывает старение кожи – одного из важнейших органов человека. Защищаясь от вредного действия лучей, клетки кожи начинают быстро и беспорядочно делиться, чтобы верхний слой кожи утолщался и не пропускал губительный для организма ультрафиолет вглубь тканей. Этот процесс способствует появлению мутантов – видоизменённых клеток, которые и становятся причиной злокачественных опухолей.
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.
Факторы, ограничивающие жизнь
Биосфера, ее состав.
На рубеже 19 и 20 веков в работах русского почвоведа Докучаева была впервые научно обоснована идея о влиянии жизни на природные процессы. Он указал на зависимость типа почвообразования не только от климата, но и от совместного влияния растительности и животных. Но работы этого учёного не дали целостного представления о биосфере, взаимосвязи процессов происходящих в ней.
-Вспомните, какие сферы Земли входят в состав биосферы?
· гидросферу (океаны, моря, озера, реки), занимающую 70,8 % земной поверхности;
Если биосфера объединяет эти сферы, то должны существовать её границы. Где они проходят по вашему предположению? Какие гипотезы можете выдвинуть?
(Работа с текстом и рисунком учебника, определение правильных границ биосферы с последующим оформлением в тетрадь.)
Факторы, ограничивающие жизнь
· Скажите, а равномерно ли распределена жизнь на протяжении всей биосферы? Распределение жизни в биосфере, а, следовательно, и на границы биосферы оказывают влияния многие факторы:
§ наличие кислорода, углекислого газа и воды в её жидкой фазе;
§ высокие и низкие температуры;
§ наличие элементов минерального питания;
§ жёсткое ультрафиолетовое излучение.
§ Сделайте вывод об основных факторах, определяющих границы биосферы(запись схемы в тетрадь).
Основные факторы, определяющие границы биосферы 
действие ультрафиолетовых лучей температура земных недр 
определяет верхний предел жизни определяет нижний предел жизни
Границы биосферы определяются естественными факторами, воздействующими на организм. Основным из них является действие ультрафиолетовых лучей и температуры.
В. И. Вернадский выделил две формы концентрации живого вещества: жизненные пленки, занимающие огромные площади, и сгущения жизни, представленные небольшими площадями (например, пруд). Вся остальная часть биосферы является зоной разряжения живого вещества.
В океане можно выделить две жизненные пленки – планктонную и донную, которые находятся на границе раздела фаз. Планктонная лежит на границе атмосферы и гидросферы, донная – на границе гидросферы и литосферы. Сгущения жизни в океане различают трех типов: прибрежные, саргассовые и рифовые.
На суше также имеются различные формы концентрации жизни. Верхняя пленка жизни на суше – наземная, расположенная на границе атмосферы и литосферы. Под ней находится почвенная пленка жизни, представляющая собой сложную систему, населенную огромным количеством бактерий, простейших и других представителей живых организмов.
Сгущения жизни представлены на суше береговыми, пойменными и тропическими формами.
Важная закономерность наблюдается в соотношении видового состава живых организмов на Земле. Растения составляют 21 % от общего числа видов, образуя 99 % общей биомассы. Среди животных 96 % видов представлены беспозвоночными и только 4 % – позвоночные, из которых только 10 % – млекопитающие.
— Что вам известно о влиянии ультрафиолетовых лучей на организм?
Состав биосферы.
Живые организмы в сумме составляют живое вещество.
Биогенное вещество создаётся в процессе жизнедеятельности живых организмов.
· Приведите примеры биогенного вещества