Учение о биосфере

Термин «биосфера» впервые ввёл в науку австрийский геолог Эдуард Зюсс. Позже выдающийся учёный Владимир Иванович Вернадский создал полноценное учение. В своём труде «Биосфера» он доказал, что живые организмы являются важнейшей геологической силой, которая преобразует облик нашей планеты.

Вся рассматриваемая оболочка планеты представляет собой открытую систему. Она постоянно получает энергию из внешней среды. Главный источник энергии для всех процессов — излучение Солнца. Основной структурной единицей этой огромной оболочки является биогеоценоз, то есть локальная экосистема. Из множества устойчивых биогеоценозов складывается общая экосфера планеты.

Границы биосферы определяются физическими и химическими условиями, подходящими для существования организмов. Жизнь распределена в трёх основных геологических оболочках:

1. Литосфера (твёрдая оболочка Земли). Живые организмы встречаются в земной коре на глубине до 3–4 км. Дальнейшему распространению жизни препятствует высокая температура недр.
2. Гидросфера (водная оболочка). Океаны, моря и реки заселены полностью, вплоть до дна Марианской впадины.
3. Атмосфера (воздушная оболочка). Организмы обитают в тропосфере и нижней части стратосферы. Верхняя граница распространения жизни определяется губительным ультрафиолетовым излучением, от которого живые организмы защищает озоновый слой на высоте 20–25 км.

Вернадский выделил четыре типа вещества, которые составляют биосферу. Знание этой классификации помогает избегать ошибок в заданиях на соответствие.

1. Живое вещество — все живые организмы планеты (микроорганизмы, растения, грибы и животные).
2. Косное вещество образуется без участия организмов. К нему относят магматические горные породы и минералы.
3. Биогенное вещество формируется в результате жизнедеятельности организмов прошлых и современных геологических эпох, но не содержит живых клеток. Примеры — торф, нефть, природный газ, известняк, мел.
4. Биокосное вещество возникает при совместном воздействии живых организмов и неживой природы. К нему относятся почва, морской ил и природные воды.

Биомасса распределена по планете неравномерно. Существуют две строгие закономерности:

1. Общая биомасса суши превосходит биомассу океана. На материках преобладают зелёные растения, а в океане — биомасса животных.
2. Высокая эффективность фотосинтеза быстро размножающегося фитопланктона обеспечивает пищей множество водных обитателей.

Живые организмы выполняют в биосфере несколько ключевых функций, которые важно различать при решении экзаменационных заданий.

• Энергетическая функция — поглощение солнечной энергии зелёными растениями и её передача по пищевым цепям.
• Газовая функция — участие организмов в формировании и поддержании состава атмосферы, например выделение кислорода при фотосинтезе.
• Концентрационная функция — избирательное накопление химических элементов из окружающей среды (например, йода у морских водорослей или кремния у диатомей).
• Окислительно-восстановительная функция — превращение веществ в ходе процессов дыхания и брожения.
• Деструкционная функция — разложение органических остатков до минеральных веществ, осуществляемое бактериями и грибами.

Жизнь на Земле поддерживается за счёт круговорота химических элементов. Рассмотрим наиболее важный из них — круговорот углерода.

Он включает два взаимосвязанных процесса: зелёные растения поглощают углекислый газ из атмосферы и создают органические вещества, а гетеротрофы при дыхании окисляют органику, возвращая углекислый газ обратно в атмосферу.

Круговорот азота более сложный и включает несколько основных этапов:

• Фиксация азота — перевод атмосферного азота в доступные для растений соединения с участием клубеньковых и свободноживущих бактерий.
• Аммонификация — разложение органических веществ мёртвых организмов бактериями гниения с образованием аммиака.
• Нитрификация — окисление аммиака до нитритов и нитратов, которые усваиваются растениями.
• Денитрификация — превращение соединений азота в свободный азот и возвращение его в атмосферу.

Появление человека привело к возникновению нового фактора воздействия на природу — антропогенного, который во многих экосистемах стал преобладать над естественными процессами.

Для снижения нагрузки на окружающую среду применяют очистные сооружения и малоотходные технологии. Сохранение природных территорий обеспечивается созданием особо охраняемых природных зон — заповедников и заказников.

Рассмотрим типовые задания ЕГЭ и выстроим на их основе понятный алгоритм решения.

Задание 1

Установите соответствие между природным образованием и веществом биосферы согласно классификации В. И. Вернадского. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца.

Природные образования:
А) Морская соль.
Б) Морской ил.
В) Глина.
Г) Почва.
Д) Гранит.
Е) Двустворчатые моллюски.

Вещества:
1. Биокосное.
2. Косное.
3. Живое.

Решение

Чтобы верно подобрать соответствия, нужно вспомнить ключевой критерий типов веществ. Косное вещество создано без участия жизни. Биокосное вещество создано совместно живым и неживым. Живое вещество является самим организмом.

А) Морская соль кристаллизуется из воды, минералы образуются физико-химическим путём. Относится к косному веществу (2).

Б) Морской ил содержит минеральные частицы, остатки отмерших животных и следы жизнедеятельности бактерий. Это совместный геохимический процесс — биокосное вещество (1).

В) Глина — продукт выветривания горных пород. Организмы в её создании не участвуют. Это косное вещество (2).

Г) Почва — верхний плодородный слой, включающий минеральную основу и результаты гниения органики. Выбираем биокосное вещество (1).

Д) Гранит формируется из остывшей кристаллизованной магмы глубоко под землёй. Жизни там нет — косное вещество (2).

Е) Двустворчатые моллюски — это живые организмы. Значит, живое вещество (3).

Ответ: 212123.

Задание 2

Рассмотрите таблицу полезных ископаемых и их принадлежности к компонентам оболочки планеты. Заполните пустые ячейки таблицы, используя элементы, приведённые в списке.

Список элементов:
1. Торф.
2. Нефть.
3. Карбонаты.
4. Исчерпаемый возобновляемый.
5. Исчерпаемый невозобновляемый.
6. Неисчерпаемый.
7. Биогенное.
8. Косное.

Решение

Задача основана на установлении одного логического ряда.

Если в графе «Полезное ископаемое» указан органический осадочный ресурс, который может возобновляться, правильный ответ — торф. В ячейке А — торф (1). Он образуется в болотах из остатков мхов.

В ячейке Б — исчерпаемый возобновляемый ресурс (4), так как торф формируется постепенно в природных условиях.

В ячейке В — биогенное вещество (7), поскольку торф образован из остатков древних и современных организмов.

Ответ: 147.

Чтобы закрепить материал, попробуй выполнить два задания. Ответы можно сверить, нажав на кнопку под каждым из них.

Выберите три верных ответа из шести. Какие абиотические факторы ограничивают жизнь в верхних слоях тропосферы?

1. Отсутствие света.
2. Высокое атмосферное давление.
3. Низкое парциальное давление кислорода.
4. Отрицательные температуры.
5. Солнечная радиация.
6. Высокое содержание озона.

Выберите три верных ответа из шести. Какие из предложенных характеристик относят к концентрационной функции биосферы?

1. Восстановление углекислого газа автотрофами.
2. Разложение органического вещества редуцентами.
3. Отложение хитина в панцире у раков.
4. Накопление азота в белках.
5. Наличие минеральных солей в костях.
6. Участие органических соединений в энергетическом обмене.

Учение о биосфере — важная тема для ЕГЭ по биологии. Теперь ты знаешь, где проходит граница жизни на Земле и понимаешь, чем отличаются живое, косное, биокосное и биогенное вещества. Ты умеешь определять функции живого вещества и использовать эти знания в заданиях на соответствие и работу с таблицами. Чтобы лучше подготовиться к экзамену, решай типовые задания в «100балльном банке» и внимательно читай условия.