Биосфера Определение понятия Границы биосферы Структура биосферы

Биосфера
1.
2.
3.
Определение понятия
Границы биосферы
Структура биосферы
Эдвард Зюсс
австрийский геолог, предложил
термин «биосфера» в 1875 г., при
описании геологии Альп в своей
известной книге «Лик Земли»
Владимир Иванович
Вернадский


Ученый с энциклопедическими знаниями,
геохимик по образованию, основатель
биогеохимии, профессор минералогии
Московского университета создал учение о
биосфере.
Свои идеи о биосфере он изложил в
работе «Биосфера», изданной в 1926 г.





Наружная область Земного шара,
Граничит с Космосом,
Сосредотачивает в себе жизнь в
различных формах ее проявления
(латентном и активном),
Пронизывает всю гидросферу, верхние
слои литосферы и нижние слои
атмосферы,
В биосфере происходит аккумуляция,
трансформация световой энергии и
совершается геохимическая работа.
Земля тесными узами
связана с Космосом
1.
2.
На нее ежегодно, опускается около
2,5 млн. тонн космической пыли (т. е.
на 1 км2 выпадает 0,5–1,0 кг/год).
Ежегодно недра Земли выбрасывают
около 1 млн. тонн газов, 10 млрд.
тонн пепла, бомб, лавы, что
поступает не только на поверхность
нашей планеты, но и в космические
просторы.

Жизнь на Земле существует в двух формах
активной
скрытой (латентной).
Латентная форма жизни распространена значительна шире.
Формами латентного состояния у животных могут быть цисты
(у простейших), икринки, яйцо, а у растений – споры,
семена, покоящиеся почки.
Границы жизни зависят от различных параметров.
Температура




Основной температурный градиент лежит в интервале
от 0 до -50 С
Семейство львинок у мух в горячих лужах развиваются
при + 68°С. Бактерии «Черных курильщиков» живут и
активно размножаются при 3600С.
В Оймяконе температура воздуха доходит до – 69°С, но
даурская лиственница нормально переносит ее.
Английский ученый Рам (1923 г.) проводил опыты с
лишайниками, остужая их до – 289° (по Фаренгейту), а
затем постепенно нагревал. Некоторые из них
вернулись к жизни. Исходя из этого, нижней
температурной границей принято считать температуру
в – 270°С.
Сероводородные термы –
кальдеры, кратеры, подводные газы:
Камчатка, Курильские острова.
Давление

Сульфатредуцирующие бактерии, которые
живут на больших глубинах (океан),
наиболее активны при давлении в 1000
атмосфер. Критическое давление для
многих видов бактерий лежит в пределах
3 000–12 000 атм., хотя отдельные виды
гибнут при давлении 500 - 600 атм., а их
развитие задерживается при 300 атм. В
наземных условиях нормой считается
давление в 760 мм ртутного столба.
Радиация



Естественный фон радиации – 0,1 рентген/год. Рентген –
единица дозы излучения рентгеновских гамма-лучей.
Среди живых организмов можно встретить любую степень
радиочувствительности, от очень высокой, например, у
некоторых представителей плесневых грибов рост
нарушается уже при 0,01 рентген, до очень низкой, как у
инфузорий (300 000 рентген).
Наименее чувствительны к действию ионизирующего
излучения бактерии и простейшие. Наиболее
чувствительны – млекопитающие.
Границы биосферы
Пределы проникновения жизни в
литосферу


Основное условие ограничения
проникновения жизни в литосферу –
температура. С глубиной она повышается.
Нижняя граница жизни в литосфере принята
за 3,5 км. Исследования показали, что в
образцах нефти бактерии были обнаружены
на глубине 2300 м, причем численность их
была 440 тыс./мл. Отрывочные данные о
бактериях имеются с глубины 3,5 км.
Пределы проникновения жизни в
гидросферу



В океане жизнь проникает на
максимальную глубину.
Температура на дне при средней глубине
3,8 км приблизительно 0°С. Слой,
охваченный жизнью, может составлять
около 8 км.
Бактерии и животные проникают еще
глубже, включая глубокие впадины до 12
тыс. м (Марианская впадина).
Неравномерный характер распределение
жизни в биосфере
Наибольшая плотность жизни наблюдается на границах
сред обитания. Эти сгущения жизни В.И. Вернадский
называет пленками жизни:
Контакт почвы и воздуха – 2-3- см

Контакт воздушной, почвенной и морской сред жизни,
т.е.
Прибрежные зоны:
-шельфовая зона
-литораль

Зона апвеллинга

Эуфотическая зона и еще более насыщенный жизнью
слой в 2-3 см зону контакта водной и воздушной сред

Глубоководные горячие источники

Дно водоемов

Геологически вечное существование биосферы
возможно благодаря пространственнофункциональной организации.
В основе лежат 2 основных аспекта:
1.
Жизнь стала возможной благодаря
биологическому круговороту.
2.
В пределах биосферы существует
несколько типов вещества и энергии (по
Вернадскому).
Вещество
Энергия
Живое
Биогенное
Радиоактивная
Биокосное
Косное
Солнечная
Живое вещество это совокупность
живых организмов планеты,
выраженная через биомассу,
элементарный химический состав и
геохимическую работу
(В.И. Вернадский)
.
По сути своей вся биомасса живого вещества
планеты это всего 1/11 000 000 веса земной
коры, той колыбели, из которой она вечно
подпитывается химическими элементами.
Сравнительная характеристика массы
биостромы и географических сфер планеты
Масса, т
Соотношение
Живое
вещество
Атмосфера
2,4 x 1012
1
Гидросфера
1,5 x 1018
2146
602500
Земная кора
2,8 x 1019
1670000
5,15 x 1015
В.М. Ольдшмидт (1887–1947)
норвежский ученый – геохимик
если земную кору представить в виде
каменной чаши весом 5 кг, то вся
гидросфера, помещенная в эту чашу,
весила бы всего 0,5 кг, масса атмосферы
соответствовала бы весу одной медной
монетки, а масса живого вещества весу
почтовой марки.
Свойства живого
вещества
1. Живое вещество является аккумулятором (через
фотосинтез) и трансформатором световой энергии.
В результате способности накапливать энергию
живое вещество способно производить работу:
например, создавать гумус, осуществлять миграцию
химических элементов, создавать и накапливать
биогенный кислород и опосредованно – озон.
2. Живое вещество обладает свойством
размножения, что обеспечивает
постоянство, преемственность и
непрерывность его действия.
Однако возможного заселения всей
поверхности планеты одним видом не
происходит в силу различных
ограничивающих факторов.
3. Живое вещество обладает огромной скоростью
проведения биохимических реакций. Через 15
секунд поглощенный листом в результате
фотосинтеза углекислый газ уже
обнаруживается в соединениях, образующихся
при фотосинтезе.
Такие скорости обеспечиваются катализаторами,
создаваемыми живыми клетками и получившими
название ферментов.
Функции живого вещества
1. Энергетическая функция.
Солнце одаривает нашу планету своей
лучистой энергией, являясь подателем
тепловой и световой энергии.
Только 0,1–3% этого потока эффективно
увязывается в молекулы макроэргических
связей в процессе фотосинтеза листом
зеленых растений.

Кроме кванта световой энергии, хлорофилловому
зерну зеленого листа необходим и углекислый газ, и
вода, и минеральные соли.
В результате зеленый щит нашей планеты
«производит» 232 млрд. тонн
органического вещества и около 248 млрд.
тонн кислорода ежегодно. Никто больше
на Земле этого делать не может.
Если все листочки условно уложить в одну
плоскость, то вся зеленая поверхность
Земли составит до 4% поверхности Солнца
и может быть в 300 раз больше земной.
2. Газовая функция.
В далекие геологические эпохи (катархей, архей),
проатмосфера состояла из летучих и легких газообразных
веществ.
Свободного кислорода не было; вода была связана в
гидрооксидах, азот – в нитритах и нитритах, кислород – в
окислах металлов и т. д.
Древняя атмосфера катархея и архея имела азотно-амиачноуглекислый состав. Углекислый газ до 60%, кроме того,
был азот, сероводород, аммиак, серный газ и др.
Современная атмосфера состоит из
азота – 78%
кислорода – 21 %
углекислота – 0, 03 %
другие газы – 0,97 %
3. Окислительновосстановительная функция.
Окислительная функция связана с окислением
более бедных кислородом соединений.
Эти процессы протекают в почве, коре
выветривания и гидросфере. Осуществляют
эту функцию бактерии и некоторые грибы.
Восстановительная функция осуществляется
тоже некоторыми видами бактерий, грибов.
4. Концентрационная функция.
Процессы избирательного поглощения
организмами определенных элементов и
веществ:

1)
концентрационные функции, связанные с захватом
химических элементов, которые находятся во всех без
исключения живых организмах.
Это –14 биофильных элементов: О, Н, С, N, S, Р, К, Са, Mg, Na,
Al, Si, Fe, Cl;

2)
концентрационные функции, связанные с
поглощением отдельными организмами различных
химических элементов в количествах, превышающих их
концентрацию в среде.
5. Деструкционная функция.
Разложении живыми организмами
органического и неорганического неживого
вещества.
В разложении органического вещества принимают
участие гетеротрофы, которые, доводят его до
конечных продуктов минерализации – воды,
углекислого газа и минеральных солей.
В деструкции неорганического неживого вещества
(выветривание) участвуют физико-химические
факторы и биологические (живые организмы).
6. Средообразующая функция
Организмы способны своей
жизнедеятельностью изменять физикохимические параметры условий среды,
проявляется повсюду: и в воде, и в
почве, и в наземно-воздушной среде
обитания.
Типы и способы питания в
биосфере
Биокосное вещество
Это сложные системы ,образованные в результате
тесного и длительного взаимодействия живого и
неживого (косного) вещества, при условии их
полного взаимопроникновения.






В.И. Вернадский называл биокосными следующие системы:
Почва
Воды Мирового океана
Илы
Ландшафты
Водоносные горизонты
Кора выветривания и даже сама биосфера.
Биогенное вещество
это органо-минеральный
комплекс, образовавшийся в
результате отмирания
организмов, их сложных
превращений, в результате
взаимодействия с различными
абиотическими факторами среды.