Конспект урока: Биосфера – живая оболочка Земли. Структура биосферы

План урока

• Понятие биосфера
• Области существования биосферы
• Состав биосферы
• Живое вещество биосферы и его функции

Цели урока

• знать определение понятия «биосфера»
• знать состав и структуру биосферы
• уметь различать границы распространения живого вещества
• уметь различать компоненты биосферы

Разминка

Рис. 1. Биосфера

Рассмотрите рисунок 1. Предположите, какие существуют компоненты биосферы и какие границы существуют.

Понятие биосферы

Самая масштабная экосистема, которая существует на нашей планете, — это биосфера. Она охватывает все экосистемы на Земле, ведь все они связаны круговоротом веществ и потоком энергии. Биосфера — это итог возникновения и развития жизни, которая динамично развивается и преобразуется.

Ж. Б. Ламарк впервые начал развивать представление об «области существования жизни». В 1875 году Э. Зюсс ввёл термин «биосфера», которым обозначил тонкую плёнку жизни на земной поверхности.

Развитие представлений о биосфере начинается в 1911 г. и связано с именем отечественного учёного Владимира Ивановича Вернадского. Он создал учение о том, что живое вещество преобразует солнечную энергию, вовлекая тем самым неорганическое вещество в круговорот веществ и энергии. 

Области существования биосферы

Жизнь на нашей планете существует в определённых границах. Совокупность абиотических факторов определяет возможность заселения живыми организмами участков планеты. Организмы приспособились к жизни во всех средах: почвенной, наземно-воздушной, водной и даже организменной. Поэтому границы биосферы лежат в геологических оболочках Земли (рис. 2).

Рис. 2. Границы биосферы

В атмосфере живые организмы или их следы встречаются в основном в тропосфере, объём которой составляет 7,5 млн. Большинство живых организмов находятся на поверхности почвы. Хищные птицы могут подниматься в воздух до 4 км вверх. Насекомые и летающие млекопитающие летают у поверхности земли. Некоторые бактерии встречаются выше тропосферы, но их распространение ограничивает озоновый слой, выше которого губительная солнечная радиация убивает всё живое. Озоновый слой находится на высоте 20–25 км, у полюсов высота снижается до 8–10 км, а у экватора 17–18 км.

В литосфере организмы населяют почву на глубине, не превышающей несколько десятков метров. Отсутствие света, низкое содержание кислорода и возрастающее с глубиной давление препятствуют дальнейшему заселению. Лишь некоторые виды бактерий были обнаружены на глубине около 4 км. Зато в почве обитает большое количество насекомых, червей, находятся корни растений, встречаются роющие млекопитающие.

Гидросфера, в отличие от предыдущих геологических сфер, полностью заселена живыми организмами. Даже на глубине 11 км в Марианской впадине были обнаружены разнообразные виды животных и бактерий. Однако всё разнообразие видов встречается в пределах 200 м от поверхности воды. Это обусловлено тем, что с повышением глубины солнечный свет исчезает, а это делает невозможным существование автотрофных организмов: водорослей, цианобактерий и др. Так что основные трофические сети и их компоненты находятся у поверхности. Остальные питаются остатками органики, которая падает на глубину. Гидросфера образована морями, океанами, озёрами, реками и пещерными водами.

Рис. 3. Границы биосферы

Состав биосферы

Кроме того, в биосфере есть рассеянные атомы элементов: C, H, O, N, P, S, Fe, Mn, K, Na и др. Все эти структурные компоненты сливаются воедино в круговороте веществ и потоке энергии.

Живое вещество биосферы и его функции

Самым активным компонентом является живое вещество. Биомасса живого вещества в сухом весе — 2,4 × 10¹² тонн. Распределена она неравномерно из-за сдерживающих абиотических факторов. 

Живое вещество в биосфере задаёт ряд очень важных функций:

Рис. 4. Схема фотосинтеза, отражает энергетическую и газовую функции

• энергетическая функция обеспечивает вовлечение организмов в поток энергии, преобразуя солнечную энергию в энергию химических связей;
• газовая функция поддерживает постоянство газового состава атмосферы. Живые организмы потребляют и выделяют газообразные вещества в круговороте веществ. Растения выделяют кислород в процессе фотосинтеза. При дыхании организмов образуется углекислый газ. Даже метан — продукт разложения органики, результат жизнедеятельности метанобразующих бактерий;
• концентрационная функция обеспечивает накопление C, H, O, Si, P в телах организмов, что привело к образованию природных полезных ископаемых;
• окислительно-восстановительная функция связана с жизнедеятельностью организмов, в результате которой окисляется и восстанавливается ряд химических соединений из окружающей среды. Например, в результате деятельности железобактерий образуется окись железа (ржавчина). При клеточном дыхании органические вещества окисляются до углекислого газа и воды;

Рис. 5. Плотина бобров способна изменить ландшафт всей экосистемы

• транспортная функция отражает перемещение живых организмов в пространстве, что приводит к перемещению органического вещества и плотности биомассы. Например, вымывание почвы способствует возвращению неорганических соединений обратно в водную среду;
• деструктивная функция обеспечивает разложение мёртвых тел живых организмов и их остатков редуцентами, при этом органические и неорганические вещества возвращаются обратно в биосферу;

Рис. 6. Антропогенный круговорот веществ

• средообразующая функция состоит в изменении физико-химических параметров окружающей среды под действием жизнедеятельности живых организмов. Например, осенью редуценты почвы, разлагая опавшую листву, выделяют тепло, повышая температуру окружающей среды;
• биогеохимическая функция принадлежит только человеку как представителю живого вещества. Деятельность человека меняет облик биосферы, формируя антропогенный круговорот.