Материал для урока на тему Биосфера. Состав биосферы

Биосфера.

Миллиарды лет назад, когда еще не было на земле человека, в природе происходили сложные явления, обусловившие грандиозные изменения на нашей планете. В частности, постепенно стабилизировался климат, сформировался газовый состав атмосферы, приобрели современные очертания Миро­вой океан и суша.

Неорганическая природа, развива­ясь, породила органическую, в результате появился растительный и животный мир. На Земле стал посто­янно совершаться круговорот веществ, который, по существу, и поддерживает определенный баланс в при­роде, т. е. установились определенные взаимосвязи.

Земля и окружающая ее среда сформировалась в результа­те развития всей Солнечной системы около 4,7 млрд лет назад. Земля получает энергию от Солнца, достигаю­щую земной поверхности в виде электромагнитного излучения. Солнечное тепло - одно из главных слагаемых климата Зем­ли, основа для развития многих геологических процессов. Ог­ромный тепловой поток исходит и из глубин Земли.

Общая структура оболочек Земли.

Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек - внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро, мантия, а к внешним - лито­сфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и сложная обо­лочка Земли - биосфера.

Литосфера - каменная оболоч­ка Земли. Земная кора сложена горными породами - более 70% приходит­ся на базальты, граниты и другие магматические породы.

Земная кора - важнейший ресурс для человечества. Она содержит до 3000 разных минералов.

Жизнь в литосфере распространена на глубину до 3- 4 км. На этой глубине, где t превышает +100° С, обнаружены бактерии. Достаточно большое количество бактерий зарегистрировано на глубине 2 - 2,5 км в нефтяных месторождениях. Проникновению жизни ниже препятствует высокая температура земных недр.

Гидросфера - водная оболочка Зем­ли. Ее подразделяют на поверхностную и подземную.

Поверхностная гидросфера - воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных покровов и др. Все эти воды располагаются на зем­ной поверхности и носят название поверхностных. Поверхностная гидросфера не образует сплошного слоя и прерывисто покрывает земную поверхность.

Подземная гидросфера - воды, находящиеся под земной корой. Свер­ху подземная гидросфера ограничена поверхностью земли, ниж­нюю ее границу проследить невозможно.

Основную часть гидросферы (96,53%) составляет Мировой океан. На долю под­земных вод приходится 1,69% от общего объема гидросферы, остальное - воды рек, озер и ледников.

Более 97% всех водных ресурсов Земли составляют соле­ные воды океанов, морей и др. Общий объем пресных вод на Земле равен 3 % общего объема гид­росферы. Основная часть пресных вод сосредоточена в ледниках Арктики и Антарктиды, воды которых пока используются очень мало. На долю пресных вод, пригодных для водоснабжения, приходится лишь 0,3% объема гидросферы.

Вода на Земле совершает полный цикл, т.е. весь запас воды распадается и восстанавливается примерно за 2 млн лет. Распространению жизни на глубинах препятствует отсутствие солнечного света.

Атмосфера - газовая оболочка Зем­ли, состоящая из смеси газов, водяных паров и пы­ли. Она окружает Землю до высоты 3 тыс. км. В сухом чистом воздухе содержится: 78 % азота, 21 % кислорода, 0,9 % аргона, 0,03 % углекислого газа и около 003 % смеси неона, гелия, криптона, ксенона, оксидов азота, метана, водорода. Водяного пара приходится до 3% объёма атмосферы.

Состав и свойства атмосферы на разных высотах неодинаковы, поэтому её подразделяют на: тропо-, страто-, мезо-, термо- и экзосферы.

Самый близкий к поверхности Земли слой - тро­посфера (до высоты 10 км на полюсах, 10-12 км над уровнем моря и до 18 км над экватором). Именно здесь образуются все осадки, почти все облака.

Выше тропосферы расположен слой толщиной около 40 км - стратосфера. Воздух в ней более разряжен, влажность невысока. В стратосфере на высоте 20-25 км сконцентрирована основная часть атмосферного озона. Озоновый экран защи­щает Землю от ультрафиолетового облучения, гибельного для организмов.

Наибольшая концентрация озона на высоте 20-25 км. Озоновый экран располагается на полюсах на высоте - 10 км, на экваторе-25км.

Озоновый слой очень тонок. Если этот газ сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал бы плёнку толщиной всего 2-4 мм, однако эта плёнка служит нам защитой.

Споры грибов и бактерий обнаружены на высоте 20-22 км. Проникновению жизни выше препятствует жёсткая радиация.

Цикл кислорода занимает на Земле около 2 000 лет.

Атмосфера, гидросфера и литосфера тесно взаимодейству­ют между собой.

2. Биосфера - внешняя оболочка Земли, в которую входят часть атмосферы до высоты 20-25 км (до озонового слоя), прак­тически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3 км. Особенностью этих частей является то, что они населены живыми организмами, составляющими живое вещество планеты.

Впервые термин «биосфера» был введен в науку геологом из Австрии Э. Зюссом в 1875 г. Постепенно возникло новое научное направление в естествознании - уче­ние о биосфере, основоположником которого является великий русский ученый В. И. Вернадский.

Уче­ние о биосфере создал В. И. Вернадский.

Биосфера - тонкий слой земной поверхности и атмосферы, где существует жизнь.

3. Границы жизни на Земле:

Биосфера имеет определённые границы.

Верхние границы распространения жизни ограничены высотой 20 км.

Нижняя граница жизни в океанах- 11 км, в литосфере - около 3 км.

Наибольшая концентрация жизни в биосфере наблюдается на границах соприкосновения земных оболочек: атмосферы, литосферы и гидросферы.

4. Состав биосферы.

В состав биосферы входят:

1. Живое вещество - совокупность всех живых организмов, населяющих планету.

Живое вещество существует в виде индивидуальных организмов - вирусы, растения, животные, люди и т.д. Всё живое в биосфере находится в непрерывном саморегулируемом движении. Химические реакции в организмах протекают со скоростью в тысячи и миллионы раз большей, чем в неживых веществах. По мнению учёных, в биосфере Земли обитают более 300 млн видов живых организмов.

2. Косное вещество - совокупность всех неживых тел, образующихся в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов (горные породы магматического и неорганического происхождения, вода, космическая пыль, метеориты, некоторые осадочные породы).

3. Биогенное вещество - продукты жизнедеятельности живых организмов (некоторые осадочные породы: известняки, мел и др., а также нефть, газ, каменный уголь, кислород и др.).

4. Биокосное вещество - продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами (почвы, ил, все природные воды, кора выветривания и др.).

5. Свойства живого вещества.

1. Способность быстро, занимать (осваивать) все свободное про­странство. Спо­собность быстрого освоения пространства связана с интен­сивным размножением (некоторые простейшие формы орга­низмов могли бы освоить весь земной шар за несколько часов или дней, если бы не было факторов, сдерживающих их потен­циальные возможности размножения), и со способностью организмов увеличивать поверхность своего тела или образуемых ими сообществ. Например, площадь листьев растений, произрастающих на 1 га, составляет 8-10 га и более. То же относится к корневым системам.

2. Движение не только пассивное, но и активное, т.е. не только под действием силы тяжести, гравитационных сил и т.п., но и против течения воды, силы тяжести, движения воздушных по­токов и т.п.

3. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти (включение в круговороты веществ). Благодаря саморегуляции живые организмы способны поддерживать постоянный хими­ческий состав и условия внутренней среды, несмотря на зна­чительные изменения условий внешней среды. После смерти эта способность утрачивается, а органические остатки очень быстро разрушаются. Образовавшиеся органические и неорга­нические вещества включаются в круговороты.

4. Высокая приспособительная способность (адаптация) к различ­ным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной, организменной), но и крайне трудных по физико-химическим параметрам условий.

В биосфере жизнь существует даже в крайне неблагоп­риятных условиях. Одни организмы существуют на больших глубинах, где давление превышает 1000 атм, дру­гие выносят давление в несколько долей атмосферы на боль­шой высоте. Ряд бактерий переносит давление до 12 000 атм. Некоторые формы жизни выносят температуру от абсолют­ного нуля (~273°С) до +180°С. Семена и споры растений, мел­кие животные в состоянии анабиоза сохраняют жизнеспо­собность в полном вакууме.

Некоторые живые организмы приспособились жить в бес­кислородной среде. Уксусные угрицы (нематоды) обитают в емкостях с бродящим уксусом. Ряд микроорганизмов живет в насыщенном растворе поваренной соли, концентрированном растворе медного купороса, фторида натрия. Серные бакте­рии обитают даже в растворах серной кислоты.

Особо устойчивые формы жизни могут существовать даже при действии ионизирующей радиации. Рид инфузорий вы­держивает излучение, по дозе в 3 млн раз превышающее естественный радиационный фон на поверхности Земли. Даже в котлах ядерных реакторов были обнаружены бактерии.

5. Феноменально высокая скорость протекания реакций. Она в несколько раз быстрее, чем в неживом веществе. Об этом свойстве можно судить по скорости переработки вещества организмами в процессе жизнедеятельности.

Например, гусеницы некоторых насекомых потребляют за день такое количество пищи, которое в 100-200 раз больше веса их тела. Дождевые черви за 150-200 лет пропускают через свои организмы однометровый слой почвы.

Жиры и углеводы окисляются в окружающей среде при t 400 - 500º С, а в живых организмах, благодаря ферментам, окисляются при t 37ºС.

6. Высокая скорость обновления живого вещества. Подсчитано, что в среднем для биосферы она составляет 8 лет, при этом для суши - 14 лет, для океана, где преобладают организмы с коротким периодом жизни (н-р, планктон), - 33 дня.

В результате высокой скорости обновления живого вещества за всю историю существования жизни общая масса живого вещества, прошедшего через биосферу, примерно в 12 раз превышает массу Земли.

Т.о. живое вещество устойчиво только в живых организмах и концентрирует в себе огромнейшие запасы энергии. По В. И. Вернадскому, по энергетической насыщенности с живым веществом может соперничать только лава, образую­щаяся при извержении вулканов.

6. Функции живого вещества

Живое вещество обеспечивает биогеохимический круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Оно выполняет следующие геологические функции:

1. Энергетическая - живое вещество связывает и запасает солнечную энергию в своём теле и рассеивает эту энергию в процессе жизнедеятельности. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедеятельности орга­низмов.

2. Газовая - живое вещество осуществляет газообмен с окружающей средой в процессе дыхания.

3. Концентрационная - в жи­вых организмах идёт накопление атомов биогенных хи­мических элементов. Концентрация их в организмах по сравнению с окружающей средой во много раз выше.

Так, содержание углерода в растениях в 200 раз, а азо­та в 30 раз превышает их уровень в земной коре. Содержание марганца в некоторых бактериях может быть в миллионы раз больше, чем в окружающей среде. Результат концентрацион­ной деятельности живого вещества - образование залежей горючих ископаемых, известняков, рудных месторождений и т.п.

4. Окислительно-восстановительная - окисление и восстанов­ление различных веществ с помощью живых организмов. Под влиянием живых организмов происходит мигра­ция атомов элементов, создаются новые соединения. Так происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода.

5. Деструктивная - разрушение организмами остатков органического вещества и косных веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют редуценты (деструкторы) - сапротрофные грибы и бактерии.

6. Транспортная - перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Такой перенос может осуществляться на огромные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных.

7. Средообразующая - преобразование физико-химических параметров среды. Эта функция представляет собой результат совместного действия других функций. Она имеет разные масштабы проявления.

Результатом средообразующей функции является и вся биосфера, и почва как одна из сред обитания, и более локальные структуры.

8. Рассеивающая - функция, противоположная концентрационной, - рассеивание веществ в окружающей среде. Она появляется через трофическую и транспортную деятельность организмов.

Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, смене покровов и т.п. Железо гемоглобина крови рассеивается кровососущими насекомыми.

9. Информационная - накопление живыми организмами определённой информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

10. Биогеохимическая деятельность человека - превращение и перемещение веществ биосферы в результате человеческой деятельности для хозяйственных и бытовых нужд человека. Например, использование концентраторов углерода - нефти,

угля, газа и др.

Т.о. биосфера есть сложная динамическая система, которая улавливает, накапливает и переносит энергию путём обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.

Контрольные вопросы

1. Назови и охарактеризуй структурные оболочки Земли.

2. Что такое биосфера

3. Кто из учёных создал учение о биосфере?

4. Назови границы биосферы.

5. Какие факторы ограничивают распространение жизни за пределы биосферы?

6. В каких частях биосферы наблюдается максимальная плотность жизни?

7. Что такое озоновый экран?

8. В чём состоит его значение для биосферы?

9. Какие типы веществ выделил Вернадский?

10. Охарактеризуйте основные свойства живого вещества.

11. Перечисли функции живого вещества.