- Вступление
- Характеристика биосферы как глобальной экосистемы
- Круговорот углерода
- Круговорот воды
- Круговорот азота
- Знать определения биосфера и экосистема
- Знать свойства биосферы
- Уметь пользоваться схемами
- Уметь логически выделять этапы процесса
- Фермеры часто жалуются, что бобовые культуры «жадны до почвы», т.е. требуют высокого содержания в ней минеральных веществ. Чем это объяснить?
Вступление
Биосфера – открытая биологическая система, в которой приток энергии приходит извне. Солнечная энергия преобразуется с помощью продуцентов в энергию химических связей в органических молекулах. Однако эти молекулы состоят из элементов окружающей среды. Органические и неорганические вещества состоят из одних и тех же атомов. Между живым и неживым веществом постоянно происходит циркуляция химических элементов. Живые организмы строят собственное тело из неорганических и органических соединений, последние синтезируются из элементов окружающей среды. В процессе жизнедеятельности организмов продуцируется ряд веществ, которые в конечном итоге попадают обратно в природу.
Биогенная миграция атомов – циркуляция химических элементов между организмами и средой.
Характеристика биосферы как глобальной экосистемы
Биосфера характеризуется рядом особенностей. Будучи открытой системой, она постоянно преобразовывается под влиянием внешних факторов.
- Для биосферы характерна ритмичность, так как существуют суточные и сезонные ритмы, возникающие под действием космических сил. Самая весомая причина появления ритмов на Земле – вращение планеты вокруг солнца и вокруг собственной оси. Зимой и летом биотический компонент разнообразен.

В 1915 г. российский ученый Александр Леонидович Чижевский в докладе «Периодическое влияние Солнца на биосферу Земли» сформулировал принцип ритмичного изменения биосферы из-за 11-летнего ритма солнечной энергии. За этот период наблюдается всплеск солнечной радиации, которая приводит к увеличению численности продуцентов. Затем наступает период минимума солнечной активности.
Кроме того, известен 400-летний цикл изменения климата на нашей планете вследствие изменения орбиты вращения Земли.
- Биосфера всегда находится в состоянии динамического равновесия. Любое влияние может привести к дисбалансу, которое повлечет за собой появление обратной связи. Обратная связь может быть как положительной, так и отрицательной. При отрицательной обратной связи биосфера и все ее компоненты стремятся вернуться в исходное состояние. При положительной – динамически развиваются в прежнем направлении.
С такой точки зрения, появление высокоразвитого человечества приведет к динамическому развитию биосферы.
Круговорот углерода
Циклическое движение через биоту можно проследить для многих элементов. В процессе круговорота конкретный химический элемент может включаться в состав сложных органических молекул. Перенос веществ по трофическим связям происходит быстро. Обмен веществом между неживой природой и живой происходит медленно.
Основным резервуаром углерода являются горные породы, горючие полезные ископаемые и придонных океанических осадках.

Основной источник углерода для живых организмов – диоксид углерода в воздухе или растворенный в воде. В процессе фотосинтеза продуценты превращают его в углеводы, из которых формируются другие органические молекулы. Далее в процессе клеточного дыхания органические молекулы окисляются до углекислого газа и попадают обратно в атмосферу. Но не весь углерод возвращается. Часть аккумулируется в виде или торфа. В определенных условиях через длительное время эти осадки могут образовывать залежи полезного ископаемого или топлива. Скорость перехода от биотического компонента в абиотический зависит от погодных условий, сезонных ритмов и местности. В настоящее время деятельность человека ускоряет переход углерода из абиотической среды. При сжигании топлива углерод переходит в диоксид углерода и метан. В обществе преобладает мнение, что высокая скорость мобилизации углерода приведет к серьезным последствиям и нарушению динамического равновесия биосферы.
Круговорот воды
Вода – необходимый компонент всех живых существ. Основным резервуаром служит в гидрологическом цикле служит мировой океан, содержащий 97% все воды на планете. Наземные и пресноводные организмы получают воду благодаря ее испарению с поверхности водоемов. Последующая конденсация приводит к конденсации и выпадению осадков. Часть осадков впитывается в почву, образуя запас подземных вод. Пресная вода так же накапливается в ледниках. Для живых организмов наиболее важны запасы пресной воды. Гидрологический цикл играет существенную роль в формировании температурного режима земной поверхности.
Одно из актуальных исследований – изучение взаимодействия углеродного и гидрологического циклов с точки зрения их совокупного влияния на климат.

Круговорот азота
Азот является важнейшим компонентом биологических молекул. Азот находится газообразном состоянии, который инертен. Переводить атмосферный азот в доступную для организмов форму (нитриты и нитраты) способны лишь некоторые бактерии. Этот процесс называется азотфиксацией. Бактерии используют для этого фермент нитрогеназу и энергию молекулы АТФ. После этого соединения азота попадают в почву, а затем усваиваются растениями (в основном растениями семейства Бобовые). Все азотфиксаторы связывают азот в форме аммиака, но он сразу же используется для синтеза органических соединений, в первую очередь белков.

Человек научился синтезировать азотистые минеральные удобрения, что приводит к постепенному накоплению азота в доступных соединениях в почве. К чему это приведет, покажет время.
Контрольные вопросы:
- Как поддерживается равновесие в биосфере между ее компонентами?
- В чем проявляется ритмичность происходящих в биосфере процессов?
- Какие организмы поглощают диоксид углерода из атмосферы?
- Какие организмы переводят азот из недоступных соединений в нитраты и нитриты?
- С помощью круговорота веществ и потока энергии.
- Смена сезонов, дня и ночи. В биологическом смысле - колебаниями численности видов живых организмов.
- Растения.
- Азотфиксирующие бактерии (клубеньковые в большей степени).