Что называют биосферой: почему биосферу можно назвать крупнейшей экосистемой

Шаблон:ЯкорьСлои биосферы[3][]

Весь слой воздействия жизни на неживую природу называется мегабиосферой, а вместе с артебиосферой — пространством человекообразной экспансии в околоземном пространстве — панбиосферой.

Аэробиосфера

Субстратом для жизни в атмосфере микроорганизмов (аэробионтов) служат водные капельки — атмосферная влага, источником энергии — солнечная энергия и аэрозоли. Примерно от верхушек деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков простирается тропобиосфера (с тропобионтами; это пространство — более тонкий слой, чем тропосфера). Выше ростирается слой крайне разреженной микробиоты — альтобиосфера (с альтобионтами). Выше простирается пространство, куда организмы проникают случайно и не часто и не размножаются — парабиосфера. Выше расположена апобиосфера.

Геобиосфера

Геобиосферу населяют геобионты, субстратом, а отчасти и средой жизни для которых служит земная твердь. Геобиосфера состоит из области жизни на поверхности суши — террабиосфера (с террабионтами), разделяемую на фитосферу (от поверхности земли до верхушек деревьев) и педосферу (почвы и подпочвы; иногда сюда включают всю кору выветривания) и жизнь в глубинах Земли — литобиосфера (с литобионтами, живущими в порах горных пород, главным образом в подземных водах). На больших высотах в горах, где уже невозможна жизнь высших растений, расположена высотная часть террабиосферы — эоловая зона (с эолобионтами). Литобиосфера распадается на слой, где возможна жизнь аэробов — гипотеррабиосфера и слой, где возможно лишь обитание анаэробов — теллуробиосфера. Жизнь в неактивной форме может проникать глубже — в гипобиосферу. Метабиосфера — все биогенные и биокосные породы. Глубже расположена абиосфера.

В глубинах литосферы есть 2 теоретических уровня распространения жизни — изотерма 100 °C, ниже которой вода при нормальном атмосферном давлении вода кипит, и изотерма 460 °C, где при любом давлении вода превращается в пар, т. е. в жидком состоянии быть не может.

Гидробиосфера

Гидробиосфера — весь глобальный слой воды (без подземных вод), населённый гидробионтами — распадается на слой континентальных вод — аквабиосфера (с аквабионтами) и область морей и океанов — маринобиосфера (с маринобионтами). Выделяют 3 слоя — относительно ярко освещённую фотосферу, всегда очень сумеречную дисфотосферу (до 1 % солнечной инсоляции) и слой абсолютной темноты — афотосфера.

Между верхней границей гипобиосферы и нижней парабиосферы лежит собственно биосфера — эубиосфера.

Учение В.И. Вернадского о биосфере

В.И. Вернадский – общепризнанный разработчик учение о биосфере. Он ввел понятие «живого вещества», как формирующего фактора биологической геосферы.

• Ученый выдвинул теорию о том, что границы биосферы обусловлены пространством существования живых организмов. В трудах В.И. Вернадского говорится о взаимосвязи живых организмов с неживой средой. Одним их этапов эволюции биосферы Вернадский считал её преобразование в стадию ноосферы, он доказал, что организмы являются определяющими в жизненной силе Земли. 
• Организмы и продукты их жизнедеятельности разрушали горные породы, способствовали вымыванию одних веществ и накоплению других.
• Постоянное образование живого вещества с дальнейшей его трансформацией — функция биосферы.

Функции живого вещества по учению Вернадского:

В.И. Вернадский смог выделить несколько основных функций биосферы. А именно:

Функции
Газовая функция	В результате фотосинтеза растения выделяют кислород. Данная функция осуществляется также благодаря животным, выделяющим углекислый газ в окружающую среду.
Концентрационная функция	Осуществляется в организмах различных животных, которые имеют способность накапливать в своих телах определенные химические элементы, такие как углерод и кальций.
Окислительно-восстановительная функция	Основывается на превращении веществ и энергии в процессе жизнедеятельности. В результате химических реакций получаются соли, окислы и разнообразные органические и неорганические соединения. Именно благодаря этой функции образовываются железные и марганцовые руды.
Функция образования среды	Подразумевает трансформацию  физических и химических характеристик среды обитания организмов, включая атмосферу, грунт, моря и океаны.
Функция накопления кальция	Преобразование химического элемента в углекислые, щавелевокислые, фосфорнокислые кальциевые соли.

Особенностью живого вещества является то, что компоненты, входящие в его состав проявляют устойчивость исключительно в живых организмах.

Структура биосферы

Согласно учению Вернадского биосфера являет собой организованную сферу планеты, которая находится в контакте с живыми организмами. 

В.И. Вернадский в составе биосферы выделял такие элементы:

• Живым веществом ученый считал всю совокупность организмов, живущих на Земле. В своих трудах ученый подчеркивал, что геохимическое состояние земной коры находится под влиянием живых организмов, определяется их деятельностью. Он выделял пять функций биологической сферы земли. По его учению, биосфера состоит из разнородных компонентов, важнейшим из которых есть живое вещество.
• К косному веществу ученый причислял химические соединения, в образовании которых живые организмы не принимали участия.
• Неживое биогенное вещество – это продукты жизнедеятельности организмов, которые разрушали горные породы, способствовали вымыванию одних веществ и накоплению других.
• Биокосное вещество являет собой продукт совместной работы живой и неживой природы, например грунт, глинозем. 

В.И. Вернадский подчеркивал, что история возникновения и эволюция биосферы — это история возникновения жизни на Земле. Длительное время эта концепция биосферы В. И. Вернадского замалчивалась. 

Признаки и свойства

Основными свойствами экосистемы являются:

1. Целостность.
2. Самовоспроизводимость. Основными факторами для самовоспроизведения служат наличие в среде энергии и пищи, способности живых организмов к самовоспроизведению, способности живых организмов повторять химический состав, а также физические свойства природной среды (например, структуру почв и прозрачность воды).
3. Устойчивость. Самыми устойчивыми экосистемами являются системы тропического леса, леса умеренной полосы.
4. Саморегуляция. Определяется видовым разнообразием, а также пищевыми взаимоотношениями между видами. Пример: если численность каких-то консументов снижается, тогда хищники начинают питаться животными, которые раньше были для них второстепенными.
5. Эмерджентные свойства. Свойства, которые возникают в результате синергии компонентов экосистемы. Пример: водоросли и кишечнополостные эволюционируют совместно, образуя систему рифов. Так они поддерживают большую продуктивность в водах, которые обладают небольшим содержанием питательных элементов.

Биосфера взаимосвязана со всеми живыми организмами

Живые организмы, населяющие биосферу, составляют биоту, а сама биосфера является их общим домом. Экосистемы биосферы тесно взаимосвязаны друг с другом и взаимодействуют внутри себя.

Для поддержания равновесия в биосфере все организмы зависят друг от друга. Например, растения производят кислород, необходимый для жизни других живых существ, а животные питаются растениями, что влияет на распределение растений в окружающей среде.

Также важно учесть, что биосфера не только включает в себя живые организмы на земле, но также водные ресурсы, воздух и почву. Они играют ключевую роль в обеспечении жизни и поддержании экологического баланса

Биосфера можно назвать крупнейшей экосистемой, так как она связывает все организмы на планете и участвует в поддержании условий для их существования.

Структура

На сегодня считается, что в биосфере обитает более 3000000 видов живых организмов – от бактерий до животных.

Существуют они на трех уровнях:

• Верхний в атмосфере на высоте 15–20 км. Ее границей выступает озоновый слой, который задерживает ультрафиолетовое излучение, являющееся губительным для всего живого.
• Средний в гидросфере уходит до 11 км в глубины Мирового Океана.
• Нижний уровень в литосфере. Это примерно 3,5–7,5 км в глубину земли

Если биосфера как глобальная биосистема, рассматривается как место жизни организмов, то почему надо иметь в виду только Землю?

Ведь живые организмы с Земли и продукты их деятельности перемещаются далеко за ее пределы, например, при сверхглубоком бурении скважин или в космос.

Что такое экосистема и из чего она состоит

Экосистема является одним из самых главных понятий в экологии как науке. Экосистема — биологическая конструкция, составленная из совокупности живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), включает систему связей, которая осуществляет обмен веществ, а также энергии между живыми существами. 

Для экосистемы «пруд» характерными особенностями могут быть6

• донные отложения специфического состава;
• физические параметры (процент прозрачности воды, а также сезонные показатели температуры воды);
• химический состав пруда (концентрация в воде растворенных газов, ионный состав);
• специфические показатели биологической продуктивности;
• определенные условия конкретного водоема;
• а также трофический статус данного водоема.

Посмотрите на картинку экосистемы пруд:

Другим примером экосистемы может являться лиственный лес на территории средней полосы Российской Федерации со специфическим составом подстилки леса, характерной только для данного вида леса почвой, стабильным растительным сообществом, а также со строгими показателями определенного микроклимата (в этот показатель включаются процент влажности, колебания температуры, процент освещенности), с соответственным для данной среды комплексом живых организмов.

Одним из важных аспектов, который позволяет определять виды, а также границы определенных экосистем является трофическая структура сообщества, соответствие производителей биоматериала с потребителями этого биоматериала и разрушителями биоматериала. Также одним из важных показателей является коэффициент продуктивности, обмена веществ, а также энергии.

Рассмотрим концепцию экосистемы.

Из этого выходит, что не каждая биологическая система может быть названа экосистемой (например, экосистемой не являются трухлявый пень и аквариум). Эти системы — пень и аквариум — не характеризуются достаточной степенью самодостаточности, саморегуляции. В случае прекращения регулирования условий и поддержки характеристик на едином уровне, эти системы достаточно скоро разрушатся.

В прямом виде потоки солнечной энергии проявляются в фотосинтезе, а в косвенном виде разложением органических веществ. Исключением является только экосистемы, которые находятся на глубине (так называемые «черные» и «белые» курильщики). Для них основным источником энергии является внутреннее земное тепло, а также энергия от химических реакций.

В экосистеме у каждого живого организма есть свое место и своя роль

Однако важно помнить, что экосистемы легко могут разрушиться из-за каких-нибудь чрезвычайных происшествий (например, наводнения, пожары, извержения вулканов, ураганы). Человек своей деятельностью также мешает развитию систем и иногда может их даже разрушить

Значение биосферы для жизни на Земле

Биосфера играет критическую роль в поддержании жизни на Земле. Она представляет собой глобальную экосистему, обитаемую всеми живыми существами, включая растения, животных и микроорганизмы.

Одно из ключевых значений биосферы заключается в ее способности к циклическому обмену веществ и энергии. Растения, благодаря фотосинтезу, преобразуют энергию Солнца в химическую энергию, которая затем передается по трофическим цепям другим организмам. Таким образом, биосфера обеспечивает постоянный поток энергии и существование различных пищевых цепей.

Биосфера также выполняет функцию саморегуляции. Она способна обеспечивать переработку и утилизацию отходов живых организмов, а также нейтрализацию вредных веществ. Без этой способности биосфера была бы тяжело загрязнена и стала бы непригодной для жизни.

Кроме того, биосфера играет важную роль в поддержании климата на Земле. Растения в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород, благодаря чему поддерживается кислородный баланс в атмосфере. Они также выполняют функцию регуляции водного баланса, удерживая влагу в почве и выделяя ее в атмосферу через процесс испарения.

Без биосферы жизнь на Земле была бы невозможной. Ее крупномасштабность и сложность делают ее одной из самых важных и удивительных экосистем на планете.

Слои биосферы

Стоит отметить, что все оболочки биосферы находятся в постоянном взаимодействии, поэтому порой бывает трудно выделить границы того или иного слоя. Одной из важнейших оболочек является аэросфера. Она достигает уровня примерно 22 км над землей, где еще есть живые существа. В целом это воздушное пространство, где обитают все живые организмы. В составе этой оболочки есть влага, энергия Солнца и атмосферные газы:

• кислород;
• озон;
• СО2;
• аргон;
• азот;
• водяной пар.

Численность атмосферных газов и их состав зависит от влияния живых существ.

Геосфера – это составляющая часть биосферы, к ней относится совокупность живых существ, которые населяют земную твердь. Эта сфера включает литосферу, мир флоры и фауны, грунтовые воды и газовую оболочку земли.

Значительным слоем биосферы является гидросфера, то есть все водоемы без подземных вод. В эту оболочку входит Мировой океан, поверхностные воды, атмосферная влага и ледники. Вся водная сфера населена живыми существами – от микроорганизмов до водорослей, рыб и животных.

Если детальнее говорить о твердой оболочке Земли, то она состоит из почвы, горных пород и минералов. В зависимости от среды расположения, бывают различные типы грунта, которые отличаются по химическому и органическому составу, зависят от факторов окружающей среды (растительности, водоемов, животного мира, антропогенного влияния). Литосфера состоит из огромного количества минералов и пород, которые в неодинаковом количестве представлены на земле. В данный момент открыто более 6 тысяч минералов, но лишь 100-150 видов больше всего распространены по планете:

• кварц;
• полевой шпат;
• оливин;
• апатиты;
• гипс;
• карналлит;
• кальцит;
• фосфориты;
• сильвинит и др.

В зависимости от количества горных пород и их хозяйственного использования, некоторые из них являются ценными, особенно топливные ископаемые, руды металлов и драгоценные камни.

Что касается мира флоры и фауны – то это оболочка, которая включает в себя по различным источникам от 7 до 10 миллионов видов. Предположительно около 2,2 млн. видов обитает в водах Мирового океана, а около 6,5 млн. – на суше. Представителей животного мира на планете обитает приблизительно 7,8 млн., а растений – около 1 млн. Из всех известных видов живых существ описано не более 15%, поэтому человечеству потребуются сотни лет, чтобы исследовать и описать все существующие виды на планете.

Учение В.И. Вернадского о биосфере

• Ученый выдвинул теорию о том, что границы биосферы обусловлены пространством существования живых организмов. В трудах В.И. Вернадского говорится о взаимосвязи живых организмов с неживой средой. Одним их этапов эволюции биосферы Вернадский считал её преобразование в стадию ноосферы, он доказал, что организмы являются определяющими в жизненной силе Земли.
• Организмы и продукты их жизнедеятельности разрушали горные породы, способствовали вымыванию одних веществ и накоплению других.
• Постоянное образование живого вещества с дальнейшей его трансформацией — функция биосферы.

Функции живого вещества по учению Вернадского:

В.И. Вернадский смог выделить несколько основных функций биосферы. А именно:

Особенностью живого вещества является то, что компоненты, входящие в его состав проявляют устойчивость исключительно в живых организмах.

Структура биосферы

Согласно учению Вернадского биосфера являет собой организованную сферу планеты, которая находится в контакте с живыми организмами.

В.И. Вернадский в составе биосферы выделял такие элементы:

• Живым веществом ученый считал всю совокупность организмов, живущих на Земле. В своих трудах ученый подчеркивал, что геохимическое состояние земной коры находится под влиянием живых организмов, определяется их деятельностью. Он выделял пять функций биологической сферы земли. По его учению, биосфера состоит из разнородных компонентов, важнейшим из которых есть живое вещество.
• К косному веществу ученый причислял химические соединения, в образовании которых живые организмы не принимали участия.
• Неживое биогенное вещество – это продукты жизнедеятельности организмов, которые разрушали горные породы, способствовали вымыванию одних веществ и накоплению других.
• Биокосное вещество являет собой продукт совместной работы живой и неживой природы, например грунт, глинозем.

В.И. Вернадский подчеркивал, что история возникновения и эволюция биосферы — это история возникновения жизни на Земле. Длительное время эта концепция биосферы В. И. Вернадского замалчивалась.

Роль Вернадского в изучении биосферы

Впервые учение о биосфере разработал Владимир Иванович Вернадский. Он обособил эту оболочку от других земных сфер, актуализировал ее значение и представил, что это весьма активная сфера, которая изменяет и влияет на все экосистемы. Ученый стал основоположником новой дисциплины – биогеохимии, на основе которой и было обосновано учение о биосфере.

Изучая живое вещество, Вернадский сделал выводы, что все формы рельефа, климат, атмосфера, породы осадочного происхождения – это результат деятельности всех живых организмов. Одна из ключевых ролей в этом отводится людям, которые имеют огромное влияние на протекание многих земных процессов, являясь определенной стихией, владеющей некой силой, способной изменить лик планеты.

Теорию обо всем живом Владимир Иванович представил в труде «Биосфера» (1926), что способствовало зарождению новой научной отрасли. Академик в своей работе представил биосферу как целостную систему, показал ее компоненты и их взаимосвязи, а также роль человека. Когда живое вещество взаимодействует с косным, оказывается влияние на протекание ряда процессов:

• геохимических;
• биологических;
• биогенных;
• геологических;
• миграции атомов.

Вернадский обозначил, что границы биосферы – это поле существования жизни. На ее развитие влияет кислород и температура воздуха, вода и минеральные элементы, грунт и энергия Солнца. Также ученый выделил основные компоненты биосферы, рассмотренные выше, и выделил основной из них – живое вещество. Еще он сформулировал все функции биосферы.

Среди основных положений учения Вернадского о живой среде можно выделить следующие тезисы:

• биосфера охватывает всю водную среду до океанических глубин, включает поверхностный слой земли до 3 километров и воздушное пространство до границы тропосферы;
• показал отличие биосферы от других оболочек ее динамичностью и постоянной деятельностью всех живых организмов;
• специфика этой оболочки заключается в непрерывном обороте элементов живой и неживой природы;
• деятельность живого вещества привела к существенным изменениям на всей планете;
• существование биосферы обусловлено астрономическим положением Земли (дистанция от Солнца, наклон оси планеты), что определяет климат, протекание жизненных циклов на планете;
• солнечная энергия является источником жизни всех существ биосферы.

Пожалуй, это ключевые понятия о живой среде, которые заложил Вернадский в своем учении, хотя его труды глобальны и нуждаются в дальнейшем осмыслении, актуальны и по сей день. Они стали основой для исследований других ученых.

Значение биосферы в природе

Значение биосферы как глобальной экосистемы планеты трудно переоценить. Исходя из функций оболочки всего живого, можно осознать ее значимость:

• Энергетическая. Растения являются посредниками между Солнцем и Землей, и, получая энергию, часть ее распространяется между всеми элементами биосферы, а часть используется для образования биогенного вещества.
• Газовая. Регулирует количество разных газов в биосфере, их распределение, превращение и миграцию.
• Концентрационная. Все существа выборочно извлекают биогенные компоненты, поэтому они могут быть как полезными, так и опасными.
• Деструктивная. Это разрушение минералов и горных пород, органических веществ, что способствует новому обороту элементов в природе, в ходе чего появляются новые живые и неживые вещества.
• Средообразующая. Влияет на условия окружающей среды, состав атмосферных газов, пород осадочного происхождения и земельного слоя, качество водной среды, а также на баланс веществ на планете.

Долгое время роль биосферы была недооцененной, так как в сравнении с иными сферами масса живого вещества на планете очень мала. Несмотря на это, живые существа являются могучей силой природы, без которой были бы невозможны многие процессы, а также сама жизнь. В процессе деятельности живых существ, их взаимосвязей между собой, влияния на неживую материю, формируется сам мир природы и облик планеты.

Вывод

Подводя итоги, стоит отметить, что жизнь в биосфере размещается по-разному и неравномерно. Большое количество живых организмов обитает на земной поверхности, будь то водная среда или суша. Все существа соприкасаются с водой, минералами и атмосферой, находясь с ними в непрерывной связи. Именно это обеспечивает оптимальные условия для жизни (кислород, вода, свет, тепло, питательные вещества). Чем глубже в толщу воды океана или под землю, тем жизнь более однообразна. Живое вещество также распространяется и по площади, и стоит отметить разнообразие форм жизни по всей земной поверхности. Чтобы понять эту жизнь, нам понадобиться еще не один десяток лет, а то и сотен, но ценить биосферу и уберечь ее от нашего вредного, человеческого, влияния нужно уже сегодня.