Основной особенностью биосферы является наличие в ней живого вещества – совокупности всех живых организмов, представляющих собой мощную геологическую силу. Под их влиянием происходит преобразование лика Земли. Они участвуют в образовании различных минеральных пород, пресной воды, атмосферы. Все живые организмы являются преобразователями солнечной энергии и влияют на геологические процессы. В биосфере происходит непрерывный круговорот различных веществ, благодаря деятельности живых организмов. Но поскольку биосфера получает энергию извне, то она является открытой системой. Неживой компонент биосферы – это те части трех геологических оболочек Земли, которые связаны с живым веществом биосферы сложными процессами миграции вещества и энергии.
В.И. Вернадский определил биосферу как термодинамическую оболочку с температурой от –50 до +50 градусов и давлением около 1 атмосферы. Эти условия и определяют границы жизни для большинства организмов.
Биосфера занимает пространство от озонового экрана, где на высоте 20 км встречаются споры бактерий и грибов, до глубины более 3 км под земной поверхностью и около 2 км под дном океана. Там, в водах месторождений нефти, обнаруживаются анаэробные бактерии. Самая большая концентрация биомассы сосредоточена на границах раздела геосфер, т.е. в прибрежных и поверхностных водах океана и на поверхности суши. Это объясняется тем, что источником энергии биосферы является солнечный свет, и аутотрофные, а за ними и гетеротрофные организмы, в основном, заселяют места, где солнечная радиация наиболее интенсивна.
На поверхности Земли в настоящее время полностью лишены живых существ лишь области обширных оледенений и кратеры вулканов.
В.И. Вернадский указывал на «всюдность» жизни в биосфере. Об этом свидетельствует история нашей планеты. Жизнь появилась в воде и затем распространилась на поверхности, заняв в той или иной степени все оболочки Земли. Распространение жизни в оболочках биосферы, по мнению В.И. Вернадского, еще не закончилось. На это указывают масштабы приспособляемости живых организмов.
Масса живого вещества составляет лишь 0,01 % от массы всей биосферы. Тем не менее, живое вещество биосферы – это главнейший ее компонент.
Важнейшим свойством живого вещества является способность к воспроизводству и распространению по планете. Живое вещество распространено в биосфере неравномерно: пространства, густо заселенные организмами, чередуются с менее заселенными территориями.
Наибольшая концентрация жизни в биосфере наблюдается на границах соприкосновения земных оболочек: атмосферы и литосферы (поверхность суши), атмосферы и гидросферы (поверхность океана), гидросферы и литосферы (дно океана), и особенно на границе трех оболочек – атмосферы, литосферы и гидросферы (прибрежные зоны). Эти места наибольшей концентрации жизни В.И. Вернадский назвал «пленками жизни». Вверх и вниз от этих поверхностей концентрация живой материи уменьшается.
Вмешательство человека, так или иначе, нарушает процессы круговорота. Например, вырубка лесов или повреждение ассимиляционного аппарата растений промышленными выбросами приводит к снижению интенсивности усвоения углерода. Избыток органических элементов в воде вследствие поступления в неё промышленных стоков приводит к эвтрофикации водоёмов и перерасходу растворенного в воде кислорода, что исключает возможность существования здесь аэробных организмов. Сжигая ископаемое топливо, фиксируя атмосферный азот в продуктах производства, связывая фосфор в детергентах, человек как бы замыкает на себя круговорот элементов, что нередко вынуждает его полностью управлять химией окружающей среды.
Человечество резко ускорило круговорот некоторых веществ. Месторождения железа, меди, цинка, свинца и многих других элементов, которые природа копила в течение миллионов лет, быстро вычерпываются. С другой стороны осуществляется концентрация элементов в таких пропорциях, которых не было в природе (на промышленном производстве).
Человек очень быстрыми темпами использует солнечную энергию, накопленную в угле, нефти, природном газе за счет прошлого биосферы. Все это ведет к увеличению неупорядоченности в биосфере. Человек не только ускоряет биологический круговорот, но и привлекает в него те элементы, которые были из него давно исключены.
В целом в биосфере под влиянием деятельности человека все быстрее снижается энтропия за счет увеличения энтропии земной коры (сжигание горючих полезных ископаемых, рассеивание металлических полезных ископаемых и т.п.). Поэтому, необходимо как можно меньше изменять природные процессы, в частности внедрять безотходные производства или качественно новые производственные циклы, но и в идеальном случае не удастся избавиться, скажем, отходов тепла, так как это противоречит законам термодинамики.
10 класс.
Зачет по теме: «Биосферный уровень жизни»
1.Оболочка Земли, населенная живыми организмами и преобразованная ими:
1)литосфера 2)биосфера 3)гидросфера
2 .Учение о биосфере создано:
1)В.И. Вернадским 2)Ч. Дарвиным 3)С.Г. Навашиным
3.Структурными компонентами биосферы являются:
1) популяции 2)биогеоценозы 3)классы и типы животных
4.К косному веществу биосферы относится:
2)каменный уголь, нефть, газ
3) песок, глина, базальт, гранит
5. К биокосному веществу биосферы относится:
1) совокупность всех живых организмов
2)каменный уголь, нефть, газ
3) почва, ил
6. К биогенному веществу биосферы относится:
1) совокупность всех живых организмов
2)каменный уголь, нефть, газ
3) почва, ил
7. В океанах с глубиной биомасса уменьшается, так как там:
1)мало кислорода 2) мало света 3) нет почвы
8. Наибольшая концентрация живого вещества наблюдается в:
1)верхних слоях атмосферы
2)в глубинах океанов
3) на стыке атмосферы, гидросферы, литосферы
9. Способность организмов поглощать одни газы и выделять другие в ходе фотосинтеза и дыхания – это функция живого вещества:
10. Способность организмов поглощать и накапливать в телах химические элементы – это функция живого вещества:
1)концентрационная 2) газовая 3) биохимическая
11. «Парниковый эффект» на Земле наблюдается из-за:
1)запыленности 2)накопления кислорода 3)накопления углекислого газа
12.Озоновый экран расположен на высоте:
1)5-8 км. 2)8-10 км. 3)15-35 км.
13. Учение о ведущей роли живого вещества в существовании биосферы создал:
1)Н.И. Вавилов 2) В.И. Вернадский 3) И.П. Павлов
14.Кислород атмосферы представляет собой:
1)живое вещество 2) биогенное вещество 3) косное вещество
15.Благодаря растениям в атмосфере появился:
1)кислород 2) азот 3) углекислый газ
16.Устойчивость биосферы как глобальной экосистемы определяется :
1) разнообразием ее видового состава
2) конкуренцией между организмами
3) однообразием ее видового состава
17.К глобальным изменениям в биосфере, связанным с гибелью организмов вследствие появления у них ряда отрицательных мутаций, может привести:
1)парниковый эффект 2) таяние ледников 3) расширение озоновых дыр
18. Верхняя граница жизни проходит в атмосфере на высоте:
1)20 км. 2)40 км 3) 100 км.
19. Биологический круговорот – непрерывное перемещение веществ между:
1)растениями и животными
2)животными и микроорганизмами
3)почвой, растениями, животными и микроорганизмами
20.Роль растений в круговороте веществ состоит в том, что они являются:
1)потребителями органических веществ
2)производителями органических веществ
3) разрушителями органических веществ
Ответы к зачету №1 по теме: «Биосфера»
1 – 2 11 - 3
2 – 1 12 - 3
3 – 2 13 - 2
4 – 3 14 - 2
5 – 3 15 - 1
6 – 1 16 - 1
7 – 2 17 - 3
8 – 3 18 - 1
9 – 2 19 - 3
10 -1 20 – 2
10 класс.
Зачет №2 по теме: «Биогеоценотический уровень жизни»
1.Соморегуляция в биогеоценозе направлена на:
1)возвращение к норме 2)уменьшение видового состава 3)увеличение видового состава
2. Организмы продуценты, консументы, редуценты – основные структурные компоненты:
1)вида 2) биогеоценоза 3) биосферы
3.Примером природной экосистемы служит:
1)пшеничное поле 2)теплица 3)дубрава
4.Организмы, разлагающие органические вещества до минеральных – это:
1)продуценты 2)редуценты 3)консументы
5 .Ярусное размещение надземных частей растений в лесу – это приспособление к использованию:
1)воды 2)минеральных солей 3) солнечного света
6.Начальное звено в цепях питания:
1)хищники 2)растения 3) бактерии и грибы
7.Агроценозы в отличие от биогеоценозов :
1)созданы человеком 2)более устойчивы 3)существуют без вмешательства человека
8.В агроценозах в отличие от биогеоценозов :
1)нет производителей 2)пищевые цепи короткие 3) нет потребителей
9. Потребители органических веществ в экосистеме :
1)продуценты 2) редуценты 3) консументы
10. К консументам относят:
1) растения 2) животных 3) грибы
11 .Определите правильную цепь питания:
1)семена ели – еж – мышь – лисица
2)семена ели – мышь – еж – лисица
3)мышь – еж – семена ели – лисица
12.Биогеоценоз – это совокупность:
1)живых организмов и компонентов неживой природы, связанных обменом веществ и превращениями энергии
2) живых организмов одного вида
3) живых организмов разных видов
13.Прямые пищевые связи между организмами, при которых одни организмы поедают другие организмы,:
14 .Тип межвидовых отношений, при котором оба организма получают взаимную пользу:
1)симбиоз 2) конкуренция 3)хищничество
15. Конкуренция – это отношения между:
1)хищниками и жертвами
3)организмами со сходными потребностями
16.Сообщество живых организмов, совместно населяющих участок суши или водоема:
1)Биогеоценоз 2)биотоп 3) биоценоз
17.Российский ученый, предложивший в 1924 г. Термин биогеоценоз:
1)В.Н. Сукачев 2) А.Н. Северцев 3)В.И. Вернадский
18.Экологическая ниша:
1)территория, которую занимает популяция
2)Сообщество живых организмов
3)Комплекс факторов среды, необходимых для организмов
19.Наибольшую биомассу в биоценозе луга имеют :
1)зеленые растения 2)травоядные животные 3)бактерии гниения
20.К абиотическим факторам относя т:
1)нашествие саранчи 2)обильный снегопад 3) охота лис на мышей
Ответы к зачету №2 по теме: «Биогеоценотический уровень жизни»
1 – 1 11 - 2
2 – 2 12 - 1
3 – 3 13 - 3
4 – 2 14 - 1
5 – 3 15 - 3
6 – 2 16 - 3
7 – 1 17 - 1
8 – 2 18 - 3
9 – 3 19 - 1
10 – 2 20 – 2
10 класс
Зачет №3 по теме: «Популяционно – видовой уровень жизни»
1.Ведущую роль в эволюции играет:
1 ) мутационная изменчивость
2)групповая изменчивость
3)ненаследственная изменчивость
2.Крупная территориальная группировка особей общего населения вида:
1)экологическая 2) географическая 3)элементарная
3.Расхождение признаков:
1) дивергенция 2) конвергенция 3)идиоадаптация
4. Видообразование, которое ведет к формированию новых видов на основе биологической изоляции :
1)аллопатрическое 2) симпатрическое 3)экологическая ниша
5. В основе естественного отбора, по Дарвину, лежит:
1)изменчивость 2)наследственность 3) борьба за существование
6.Изменчивость, связанная с изменением генов особи:
1)наследственная 2)комбинативная 3)мутационная
7.Изменчивость, связанная с перекомбинацией генов без их изменения :
1) наследственная 2)комбинативная 3)мутационная
8.Ученый, разработавший учение о стабилизирующей форме отбора:
1) Ч. Дарвин 2)А. Уоллес 3)И.И. Шмальгаузен
9.Форма отбора, сохраняющая определенные размеры ушей у зайцев:
1)стабилизирующая 2)движущая 3)разрывающая
10. Материал для естественного отбора наиболее приспособленных организмов поставляет изменчивость:
1)модификационна 2)мутационная 3) все виды
11.Зеленая окраска у кузнечика – пример:
1)маскировки 2)мимикрии 3)предупреждающей окраски
12.Окраска божьей коровки – пример:
1) 1)маскировки 2)мимикрии 3)предупреждающей окраски
13.Ароморфозы приводят к:
14.Дегенерации приводят к:
1) биологическому прогрессу 2) биологическому регрессу 3) к тому и другому
15. Социальный фактор эволюции человека:
1)наследственность 2)изменчивость 3)трудовая деятельность
16. Биологический фактор эволюции человека:
1)речь 2) сознание 3) наследственная изменчивость
17. Благодаря общественному образу жизни у предков человека:
1)освободилась рука 2) появилась речь 3)появилось прямохождение
18.Древнейшие люди относятся к виду:
1)человек умелый 2) человек прямоходящий 3)человек разумный
19.К человеку современного типа относятся:
1) человек умелый 2) человек прямоходящий 3)человек разумный
20.Что подтверждает родство человека и млекопитающих животных?
1)общий план строения и размножения
2)прямохождение и сводчатая стопа
3)изгибы позвоночника
Ответы к зачету
Биосфера – это особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность организмов и ту часть планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.
Биосфера является глобальной экосистемой. Как уже было отмечено ранее, биосфера расчленена на геобиосферу , гидробиосферу и аэробиосферу . Геобиосфера имеет подразделения в соответствии с основными средообразующими факторами: террабиосфера и литобиосфера-в пределах геобиосферы, маринобиосфера (океанобиосфера) и аквабиосфера - в составе гидробиосферы. Данные образования называют подсферами.
Структура биосферы:
Область, в которой регулярно встречаются живые организмы, называется эубиосфера (собственно биосфера). Общая толщина эубиосферы ≈ 12-17 км.
Аэробиосфера – включает нижнюю часть атмосферы. В состав аэробиосферы входят:
а) тропобиосфера – до высоты 6...7 км;
б) альтобиосфера – до нижней границы озонового экрана (20...25 км).
Озоновый экран – это слой атмосферы с повышенным содержанием озона. Озоновый экран поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, которое губительно действует на все живые организмы. В последние десятилетия в приполярных областях наблюдаются «озоновые дыры» – области с пониженным содержанием озона.
Гидробиосфера – включает всю гидросферу. Нижняя граница гидробиосферы ≈ 6...7 км, в отдельных случаях – до 11 км. К гидробиосфере относятся:
а) аквабиосфера – реки, озера и другие пресные воды;
б) маринобиосфера – моря и океаны.
В гидробиосфере также существуют слои, связанные с интенсивностью света. Выделяют три слоя: фотосферу-относительно ярко освещенный, дисфотосферу- всегда очень сумеречный (до 1% солнечной инсоляции), афотосферу - абсолютной темноты, где невозможен фотосинтез.
Террабиосфера – поверхность суши. К террабиосфере относятся:
а) фитосфера – зона обитания наземных растений;
б) педосфера – тонкий слой почвы.
Литобиосфера . Нижняя граница литобиосферы ≈ 2...3 км (реже – до 5...6 км) на суше и ≈ 1...2 км ниже дна океана. Живые организмы в составе литобиосферы встречаются редко, однако осадочные породы в составе биосферы возникли под влиянием жизнедеятельности организмов.
Биосфера, охватывающая весь земной шар, имеет определенные границы. Они определяются распространением живого вещества. В Антарктиде на высоте 2000 м над уровнем моря встречаются лишайники, в Мертвом море, где концентрация солей достигает 270-300 г/л, присутствуют живые организмы в виде бактерий. В экваториальных, тропических и умеренных широтах жизнь распространена повсеместно, поскольку там самые благоприятные условия. Можно считать, что жизнь существует на всем земном шаре, хотя концентрация и разнообразие живого вещества на различных территориях неодинакова.
Верхняя граница распространения жизни определяется в основном не низкой температурой, а губительным воздействием космического, прежде всего УФ-излучения. Пыльца растений, споры грибов, мхов, папоротников и лишайников и микроорганизмы постоянно присутствуют в воздухе, но их количество с высотой уменьшается. Жесткое ультрафиолетовое излучение с длиной волны 200-320 нм, поглощаемое озоновым экраном, убивает все живое.
Нижняя граница определяется глубиной распространения микроорганизмов в земной коре. Многие ученые считают, что она определяется изотермой 100 °С. Академик И. А. Шилов пишет: «Норы и ходы грызунов, некоторых насекомых и червей проникают в почву на глубину обычно не более 5-7 м. Этим практически ограничивается распространение жизни в каменной оболочке Земли - литосфере». Верхняя граница биосферы ограничена таким фактором как УФ-излучение.
Таким образом, биосфера распространяется в гидросфере , верхних слоях литосферы и нижних слоях атмосферы . Оболочка планеты на границе тропо-, гидро- и литосфер носит название биогеосферы . В ней наблюдается наибольшая концентрация живого вещества. Здесь самые благоприятные условия жизни - температура, влажность, содержание кислорода и химических элементов, необходимых для питания организмов, являются оптимальными. В остальной части биосферы живое вещество находится в разреженном состоянии.
Гидросфера - это водная оболочка Земли, совокупность океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, подземных вод, ледников и снежного покрова. Зачастую в гидросферу включают атмосферную воду и воду, содержащуюся в живых организмах. На наш взгляд, включение атмосферной воды в гидросферу не противоречит определению биосферы, так как в ней возможно существование живых организмов. Вода же в живых организмах является составной частью самих организмов, а не областью их существования, поэтому включать ее в гидросферу нет достаточных оснований. Также следует отметить, что четкая граница между гидросферой, литосферой и тропосферой отсутствует, так как в водах рек, например, всегда есть взвешенные твердые частицы и пузырьки воздуха, в которых обитают микроорганизмы.
Основной объем воды, составляющий 1,4610 9 км 3 , сосредоточен в Мировом океане. Это 94% всего объема гидросферы. Мировой океан занимает большую часть поверхности Земли - 70,8%. Оставшиеся 6% объема гидросферы распределены следующим образом: подземные воды – около 4%, ледяной и снежный покров - около1,6%, остальное - воды озер, рек, водохранилищ, болот, почв и пары воды в атмосфере.
Вода Мирового океана представляет собой раствор солей со средней концентрацией 35 г/л. В основном это хлористый натрий (77,7%). Поверхностные воды суши (озер, рек и т.д.) довольно неоднородны по своему химическому составу. Вместе с тем подавляющая часть этих вод является пресной с концентрацией солей до 0,5 г/л. Очевидно, что пресная вода как среда обитания живых организмов существенно отличается от морской, поэтому растения и животные, способные жить как в пресной, так и в морской воде, встречаются крайне редко.
В гидросфере выделяют эвфотическую и афотическую зоны. Эвфотическая зона - зона продуцирования, так как в нее проникает достаточное для фотосинтеза количество солнечной энергии. За нижнюю границу этой зоны принята глубина (около 200 м), в которой освещенность составляет 1% от освещенности на поверхности. Ниже 200 м расположена афотическая зона, в которую солнечный свет практически не проникает, и фотосинтез там не происходит.
К литосфере относят внешний твердый слой Земли, включающий земную кору и верхнюю часть земной мантии. Толщина литосферного слоя изменяется от нескольких километров под рифтовыми долинами срединных океанических хребтов до 100 км под периферией океанов. На суше она достигает 300-350 км. В литосфере с изменением глубины имеет место изменение температуры. При этом выделяют три температурные зоны: переменных температур, постоянных температур и возрастающих температур.
В зоне переменных температур диапазон колебаний во многом зависит от климата местности. Суточные колебания практически не регистрируются уже на глубине 1,5 м, а годовые - на глубинах 20-30 м. Примерно на глубине 30-40 м расположена зона постоянной температуры. В этой зоне температура соответствует среднегодовой температуре данной местности. Ниже расположена зона возрастающих температур.
Нижняя граница биосферы опускается на 2–3 км от поверхности на суше и на 1–2 км ниже дна океана. Нижний предел распространения жизни связан с повышением температуры в земных недрах. Предельная температура для существования большинства живых организмов составляет около 80–100 ◦ С; температуры выше этого интервала относятся, скорее, к границам выживания (экстремальные условия), чем к нормальной жизнедеятельности.
Литосферные организмы сосредоточены в основном в почвенном слое, глубина которого составляет несколько метров. Химический состав почв в основном унаследован от материнских горных пород, поэтому различные области суши характеризуются преобладанием одних элементов и недостатком других.
Почва является компонентом биосферы и выполняет в ней ряд важнейших функций. Первая и самая главная функция – это обеспечение существования жизни на Земле, так как все живые организмы (одни прямо, а другие опосредованно) через почву получают элементы минерального питания и воду для создания своей биомассы. Так, почвы обеспечивают растительное сообщество необходимыми для жизнедеятельности питательными веществами (азотом, фосфором, калием, водой и др.), а органическое вещество, создаваемое растениями, служит пищей для других организмов. Обрабатываемые почвы обеспечивают 95–97% продовольственных ресурсов для населения планеты. Вторая функция – это обеспечение постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговоротов веществ, и почва здесь выступает как важное связующее звено, так как на почву замыкаются круговороты биогенных элементов (углерода, азота, фосфора, калия, кальция и др.). К другим глобальным функциям почвы относятся регулирование химического состава атмосферы и гидросферы; регулирование биосферных процессов распределения живых организмов на суше; аккумуляция активного органического вещества и связанной с ним химической энергии на земной поверхности.
Атмосфера - это воздушная оболочка нашей планеты, газовая среда обитания живого вещества. Атмосферный воздух является источником дыхания практически всех живых организмов, сырьем для процессов горения, разложения и синтеза химических соединений. Сюда выбрасываются газообразные отходы жизнедеятельности организмов и антропогенных устройств и систем (заводов, транспортных средств и т.д.). Атмосфера предохраняет живые организмы от губительного воздействия солнечного коротковолнового ультрафиолетового излучения и других жестких космических излучений. Через атмосферу проходит биогенный и абиогенный круговороты веществ. В атмосфере кроме газов присутствуют частицы пыли и воды, находящиеся во взвешенном состоянии.
Через атмосферу осуществляется обмен Земли с Космосом веществом и энергией. На Землю попадает космическая пыль и метеориты, в Космос уходят такие газы как гелий и водород. Атмосфера насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, при этом самая опасная для живых организмов часть спектра солнечного излучения (жесткое рентгеновское и ультрафиолетовое) поглощается озоновым слоем, расположенным в стратосфере на высоте 22 – 24 км. Углекислый газ, пары воды, озон и другие газы атмосферы задерживают инфракрасное излучение Земли, повышая утепляющее действие воздушного покрывала Земли и защищая биосферу от холода космического пространства, то есть атмосфера обеспечивает тепловой баланс биосферы. Без атмосферы жизнь на Земле была бы невозможна. Таким образом, атмосфера выполняет экологическую защитную функцию, предохраняя биосферу от жесткого солнечного излучения и абсолютного холода Космоса, создавая условия, пригодные для жизни.
Тропосферой называют слой атмосферы высотой примерно 8-18 км, в котором сосредоточено более 80% всей массы воздуха и протекают в основном все погодные явления.Высота тропосферы зависит от интенсивности восходящих и нисходящих потоков воздуха. Интенсивность же определяется нагревом земной поверхности, поэтому на экваторе тропосфера простирается до высоты 16-18 км, в умеренных широтах - до 10-12 км, а на полюсах - до 8 км.
С 20-х годов Вернадский пишет о влиянии на развитие земных процессов уже не просто живой природы, а целенаправленной деятельности человека. Ещё с XIX века технический прогресс дал возможность преобразовывать Землю. И не всегда с пользой для неё. Деятельность человека незаметно для него самого постепенно превратилась в мощную геологическую силу. И Вернадский вводит понятие ноосферы .
В.И. Вернадский понятие "ноосфера" употреблял в разных смыслах:
как состояние планеты, когда человек становится преобразующей геологической силой;
как область активного проявления научной мысли;
как главный фактор качественной перестройки биосферы.
Ноосфера (от греч. noos - разум) - это современная биосфера, частью которой является человечество. "Человечество, взятое в целом - писал Вернадский - становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом, становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера. Человек может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше".
