Роль живого вещества на Земле. Учение о биосфере

План

Лекция 2. Биосфера и человек

1. Роль живого вещества на Земле. Учение о биосфере

2. Границы, состав, структура биосферы

3. Круговорот вещества и энергии. Биогеохимические циклы.

 

 

Биосфера – это живая оболочка Земли, самая большая экосистема, охватывающая всю поверхность планеты. В отличие от других оболочек Земли (атмосферы, гидросферы, литосферы) она состоит из живых организмов, обладающих уникальными по сравнению с костным веществом свойствами. Впервые роль живого вещества на Земле определил великий русский ученый В.И. Вернадский (1863 – 1945), он создал учение о биосфере.

Суть учения о биосфере в том, что живое вещество в процессе жизнедеятельности (размножение, рост, обмен веществ) за миллиарды лет полностью преобразовали эту часть нашей планеты. В химический состав живых организмов входят те же самые атомы, которые составляют неживую природу, но в ином соотношении. В ходе обмена веществ живые существа постоянно перераспределяют химические элементы в природе. За миллионы лет фотосинтезирующие организмы связали и превратили в химическую работу огромное количество солнечной энергии. Часть ее запасов накопилась в виде залежей угля, нефти, торфа. За счет фотосинтеза накоплен кислород атмосферы, образовался озоновый экран, Углекислый газ атмосферы выделяется в процессе дыхания живых организмов и сжигания топлива. Атмосферный азот тоже следствие деятельности живых организмов (почвенных бактерий). Организмы обладают способностью избирательно поглощать и накапливать в себе отдельные элементы в гораздо большем количестве, чем они есть в окружающей среде. Живые организмы создают в биосфере круговороты важнейших биогенных элементов (углерод, азот, кислород, фосфор, сера), которые переходят из живого вещества в неорганическую материю и обратно.

Жизнь существует миллиарды лет. Неорганическое вещество постоянно потребляется из окружающей среды. Но оно снова поступает в окружающую среду и не заканчивается, т.к. вовлекается в круговорот живыми организмами. Питание, дыхание, размножение организмов и связанные с ними процессы создания, накопления, распада органического вещества обеспечивают постоянный круговорот вещества и энергии на Земле.

Основных круговоротов веществ на Земле 2: большой (геологический) и малый (биогеохимический). Геологический круговорот обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли. Осадочные породы в подвижных зонах Земли погружаются в зону высоких температур и давления. Там они переплавляются, образуют магму – источник новых магматических пород. После поднятия этих пород не земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы. Новый цикл круговорота не повторяет старый, а вносит что-то новое, происходят изменения в облике Земли.

Биогеохимический круговорот веществ – это повторяющиеся взаимосвязанные физические, химические и биологические процессы превращения и перемещения вещества в природе. Живые организмы создают в биосфере круговороты важнейших биогенных элементов (углерод, азот, кислород, фосфор, сера), которые переходят из живого вещества в неорганическую материю и обратно.

Движущими силами биогеохимического круговорота веществ служат энергия Солнца и деятельность живого вещества. В результате происходит перемещение огромных масс химических элементов, концентрация и перераспределение аккумулированной в процессе фотосинтеза энергии.

Весь живой мир получает необходимую энергию из органических веществ, созданных фотосинтезирующими растениями или хемосинтезирующими микроорганизмами. Основной канал передачи энергии – пищевая цепь от продуцентов (растений) к консументам (животным) и редуцентам (микроорганизмы).

При каждом очередном переносе с одного трофического уровня на другой большая часть энергии (до 90%) теряется в виде тепла. Это ограничивает число звеньев – чем короче цепь, тем больше количество доступной энергии.

Таким образом, жизнь на планете осуществляется как постоянный круговорот веществ, поддерживаемый потоком солнечной энергии.

Живое вещество выполняет важнейшие функции на Земле:

Энергетическую (передача энергии по цепям питания), транспортную (перенос вещества и энергии), деструктивную (разрушение организмами остатков органического вещества и косных веществ), концентрационную (способность живых организмов концентрировать в своем организме химические элементы), газовую (способность поддерживать газовый состав атмосферы), окислительно-восстановительную (интенсификация процессов окисления благодаря обогащению среды кислородом и восстановления при дефиците кислорода), средообразующую преобразование физико-химических параметров среды.