8-916-722-04-28ТелВКонтактеВКTelegramTgMAXMAX Пробный урокПробный урок

Границы биосферы, живое вещество и его функции по Вернадскому: газовая, концентрационная, окислительно-восстановительная, деструктивная

Понятие биосферы

Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами и преобразованная их жизнедеятельностью; это глобальная экосистема планеты, включающая всю совокупность живых организмов (живое вещество) и часть неживой природы, с которой они непрерывно взаимодействуют. Термин «биосфера» ввёл в науку в 1875 году австрийский геолог Эдуард Зюсс, однако целостное учение о биосфере как об особой оболочке Земли, преобразуемой жизнью в геологическую силу планетарного масштаба, создал в 1920-30-е годы выдающийся российский и советский учёный, естествоиспытатель, академик Владимир Иванович Вернадский. Его труд «Биосфера» (1926) заложил основы современной науки о биосфере и во многом предвосхитил развитие экологии как науки.

Границы биосферы

Биосфера охватывает часть трёх геологических оболочек Земли, в которых возможно существование живых организмов. В атмосфере верхняя граница биосферы проходит на высоте примерно 15-20 км, ограничиваясь слоем озона (озоновым экраном), поглощающим губительное для живых клеток жёсткое ультрафиолетовое излучение Солнца; выше этого слоя жизнь в активной форме невозможна (хотя отдельные споры бактерий и грибов заносятся воздушными потоками значительно выше). Гидросфера заселена организмами практически полностью — от поверхностных вод до максимальных глубин Мирового океана (свыше 10 км в глубоководных желобах), где обнаружены специализированные хемосинтезирующие организмы. В литосфере жизнь распространена значительно менее глубоко — до глубины нескольких километров (предел определяется главным образом ростом температуры недр Земли с глубиной, а также ограниченностью кислорода); наиболее плотно заселён живыми организмами тонкий поверхностный слой почвы.

Оболочка ЗемлиПределы распространения жизниОграничивающий фактор
АтмосфераДо высоты 15-20 км (озоновый слой)Жёсткое УФ-излучение, низкая температура и давление
ГидросфераЗаселена практически полностью, включая глубоководные желобаДавление и отсутствие света на больших глубинах (компенсируется хемосинтезом)
ЛитосфераДо нескольких километров вглубь (плотнее всего — почвенный слой)Рост температуры недр Земли, недостаток кислорода

Живое вещество и его свойства

Центральное понятие учения Вернадского — живое вещество: совокупность всех живых организмов биосферы, выраженная в единицах массы, энергии и химического состава. Вернадский подчёркивал, что живое вещество, несмотря на ничтожную долю в массе всей планеты, обладает огромной геохимической активностью и за миллиарды лет эволюции коренным образом преобразовало облик Земли — состав атмосферы, гидросферы и верхних слоёв литосферы. Живое вещество характеризуется рядом уникальных свойств: огромной свободной энергией (в сравнении с косной, неживой материей), высокой скоростью протекающих в нём химических реакций, способностью к самовоспроизведению и эволюции, а также исключительным разнообразием форм, несравнимым с разнообразием форм неживой природы.

Типы вещества биосферы

В составе биосферы Вернадский выделял несколько категорий вещества. Живое вещество — тела живых организмов. Биогенное вещество — вещество, созданное в процессе жизнедеятельности организмов в прошлые геологические эпохи (каменный уголь, нефть, торф, известняк, образованный из раковин морских организмов). Косное вещество — вещество, образованное без участия жизни (магматические горные породы, минералы). Биокосное вещество — вещество, создаваемое совместно живыми организмами и неживыми процессами (почва, ил, природные воды) — это результат теснейшего взаимодействия живого и косного вещества в биосфере.

Тип веществаОпределениеПример
Живое веществоСовокупность тел живых организмовРастения, животные, микроорганизмы
Биогенное веществоПродукт жизнедеятельности организмов прошлых эпохКаменный уголь, нефть, известняк, торф
Косное веществоОбразуется без участия живых организмовМагматические горные породы, минералы
Биокосное веществоСовместный продукт живого и неживогоПочва, природные воды, ил

Функции живого вещества по Вернадскому

Вернадский показал, что живое вещество выполняет в биосфере ряд важнейших геохимических функций, обеспечивающих непрерывный круговорот химических элементов и поддерживающих состав атмосферы, гидросферы и почвы в состоянии, пригодном для жизни.

Газовая функция заключается в способности живых организмов создавать и поддерживать газовый состав атмосферы Земли. Благодаря фотосинтезу зелёных растений и цианобактерий атмосфера обогащается кислородом (именно деятельность фотосинтезирующих организмов на протяжении миллиардов лет сформировала современную кислородную атмосферу планеты — так называемая кислородная революция), а в процессе дыхания организмы выделяют в атмосферу углекислый газ. Живые организмы также участвуют в образовании азота, метана, сероводорода и других атмосферных газов.

Концентрационная функция состоит в способности организмов избирательно накапливать (концентрировать) в своих телах определённые химические элементы из окружающей среды, где эти элементы содержатся в значительно более низкой, рассеянной концентрации. Например, диатомовые водоросли и радиолярии концентрируют кремний, строя из него свои скелеты; кораллы и моллюски концентрируют кальций для построения известковых раковин и скелетов; в результате многовековой концентрационной деятельности организмов образовались мощные толщи осадочных пород — известняков, кремнистых сланцев, а также залежи некоторых руд.

Окислительно-восстановительная функция заключается в участии живых организмов (прежде всего микроорганизмов) в химических реакциях окисления и восстановления соединений в биосфере, что определяет миграцию и превращение многих химических элементов с переменной валентностью — железа, марганца, серы, азота. Например, деятельность серобактерий и железобактерий обеспечивает круговорот серы и железа, а хемосинтезирующие бактерии окисляют неорганические соединения, получая энергию для синтеза органических веществ.

Деструктивная функция состоит в разложении (минерализации) отмерших организмов и продуктов их жизнедеятельности редуцентами (бактериями, грибами) до простых неорганических соединений, которые вновь становятся доступными для использования продуцентами. Именно деструктивная функция замыкает биогеохимический круговорот веществ в биосфере, предотвращая накопление на поверхности планеты неразложившейся органики и обеспечивая непрерывность жизни.

Функция живого веществаСуть и пример
ГазоваяФормирование и поддержание газового состава атмосферы (кислород — продукт фотосинтеза)
КонцентрационнаяИзбирательное накопление организмами химических элементов (кальций в раковинах, кремний в панцирях диатомей)
Окислительно-восстановительнаяУчастие организмов в реакциях окисления-восстановления элементов с переменной валентностью (Fe, S, Mn)
ДеструктивнаяРазложение редуцентами органических остатков до минеральных веществ, замыкание круговорота

Биосфера как единая система

Ключевая идея Вернадского состояла в том, что биосфера — не просто сумма отдельных экосистем, а целостная, саморегулирующаяся планетарная система, в которой живое вещество выступает мощнейшим геологическим фактором, сопоставимым по своему воздействию на облик планеты с такими процессами, как вулканизм или горообразование. По расчётам Вернадского, вся масса живого вещества, несмотря на её относительно небольшую долю в массе земной коры, за миллиарды лет многократно «пропустила» через себя атомы основных биогенных элементов, определив современный химический облик атмосферы, гидросферы и осадочных пород.

Понятие ноосферы

В поздних работах Вернадский развил представление о ноосфере (от греч. noos — разум) — новой стадии развития биосферы, на которой разумная деятельность человека становится мощным фактором, сопоставимым по масштабу воздействия с природными геологическими процессами. Вернадский полагал, что человечество, вооружённое наукой, должно осознанно взять на себя ответственность за состояние биосферы, направляя своё воздействие на природу в русло, обеспечивающее устойчивое сосуществование цивилизации и природной среды, — эта идея во многом предвосхитила современную концепцию устойчивого развития.

Типичные ошибки

Частая ошибка — путать биосферу с одной из геологических оболочек Земли (например, считать её синонимом атмосферы или гидросферы); на самом деле биосфера — это не отдельная оболочка, а совокупность частей всех трёх оболочек (атмосферы, гидросферы и литосферы), заселённых жизнью. Другая ошибка — путать живое, биогенное, косное и биокосное вещество; важно чётко различать, что биогенное вещество (нефть, уголь) само по себе уже не является живым, а лишь создано живыми организмами в прошлом. Также нередко путают функции живого вещества между собой — например, приписывают образование известняков (концентрационная функция) окислительно-восстановительной функции; для чёткого разграничения полезно запомнить конкретные примеры-«якоря» для каждой функции.

Краткий словарь терминов

Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами и преобразованная их жизнедеятельностью.

Живое вещество — совокупность всех живых организмов биосферы, выраженная в единицах массы, энергии и химического состава.

Биогенное вещество — вещество, созданное живыми организмами в прошлые геологические эпохи (уголь, нефть, известняк).

Биокосное вещество — вещество, образуемое совместно живыми организмами и неживыми процессами (почва).

Газовая функция живого вещества — формирование и поддержание газового состава атмосферы организмами.

Концентрационная функция живого вещества — избирательное накопление организмами определённых химических элементов.

Ноосфера — стадия развития биосферы, на которой разумная деятельность человека становится геологическим по масштабу фактором.

Заключение

Учение В.И. Вернадского о биосфере показало, что жизнь на Земле — не случайное явление, происходящее на фоне неизменной неживой природы, а мощная геологическая сила, на протяжении миллиардов лет формирующая химический состав атмосферы, гидросферы и осадочных пород планеты через газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную и деструктивную функции живого вещества. Это понимание служит фундаментом для следующей темы — круговорота веществ и энергии в биосфере, где рассматриваются конкретные биогеохимические циклы углерода, азота и воды.

Запишитесь на бесплатный урок

Определим уровень, покажем формат занятий и составим план подготовки.