2. Чем отличаются агроценозы от естественных экосистем? Назовите известные вам агроценозы.
3. Как, по вашему мнению, можно сократить потери энергии в цепях питания в искусственном сообществе организмов – агроценозе?
4. Какая экосистема – естественная или искусственная – характеризуется большим видовым разнообразием?
Подумайте! Выполните!
1. Оцените основные экологические нарушения в вашем регионе. Информацию по результатам оценки представьте на сайте школы или в виде статьи предложите для публикации в местную газету.
2. Какие искусственные экосистемы в сельском хозяйстве и в промышленности существуют в вашем регионе? Примите участие в экскурсии на одно из таких предприятий. Подготовьте общий отчёт по итогам экскурсии (групповой проект).
3. Один из передовых методов современной агрономии – выращивание сортосмесей или посев разных видов на одном поле. Объясните, что это даёт с экологической точки зрения.
4. Современные экологи считают, что мелкомасштабные смены сообществ поддерживают стабильность более крупных экосистем. Можете ли вы подтвердить или опровергнуть эту точку зрения?
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.
28. Биосфера – глобальная экосистема
Вспомните!
Какие уровни организации живой природы вам известны?
Что такое биосфера?
Каковы её границы?
Многочисленные экосистемы нашей планеты не изолированы друг от друга. Даже между очень разными сообществами происходит постоянный обмен живыми организмами, органическими и неорганическими веществами. Одни и те же виды растений, животных, грибов и микроорганизмов можно встретить в разных экосистемах, а некоторые виды, например перелётные птицы, в зависимости от сезона мигрируют между ними. Процессы, происходящие в одной экосистеме, неизбежно затрагивают события в другой экосистеме. Частицы почвы смываются с поверхности суши и попадают в водоёмы; головастик, живущий в пруду, превращается в лягушку, которая становится добычей лесного ежа; бурый медведь во время нереста лосося полностью переходит на рыбную диету и большую часть времени проводит среди бурных речных потоков.
Все экосистемы взаимосвязаны и взаимозависимы. Постоянный обмен веществом и энергией, происходящий между ними, позволяет нам рассматривать все живые организмы Земли и среду их обитания как единую глобальную экосистему – биосферу.
Первые представления о биосфере как «области жизни» принадлежат ещё Ж. Б. Ламарку. Термин «биосфера» в 1875 г. предложил австрийский учёный Эдуард Зюсс. Он определял биосферу как тонкую плёнку жизни на земной поверхности, которая в значительной степени определяет облик всей планеты. Однако широкое распространение этот термин получил в первой трети XX в., когда российский академик В. И. Вернадский создал учение о биосфере. Он распространил понятие биосферы не только на живые организмы, но и на среду их обитания, с которой они составляют неразрывное единство. Вернадский впервые указал на роль живой природы в преобразовании планеты.
Состав биосферы. Биосфера – это особая оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью всех живых организмов.
Биосфера Земли состоит из нескольких взаимосвязанных типов вещества:
– живое вещество – совокупность всех живых организмов (животных, растений, грибов, микроорганизмов);
– биогенное вещество – органоминеральные продукты, созданные в результате жизнедеятельности организмов (нефть, каменный уголь, газ, торф, известняки и др.);
– косное вещество – вещество, которое образуется без участия живых организмов (горные породы, сформированные в результате извержения вулканов);
– биокосное вещество – создаётся одновременно живыми организмами и процессами неорганической природы (почва, ил).
Границы биосферы. Границы распространения живого на планете определяются абиотическими факторами (рис. 82). Отсутствие кислорода, высокая или низкая температура, высокое давление и многие другие условия делают невозможным существование жизни.
Рис. 82. Границы биосферы
Верхняя граница биосферы проходит на высоте около 20 км от поверхности Земли и определяется озоновым слоем, который задерживает ультрафиолетовое излучение. На высоте 16–20 км в атмосфере встречаются споры, пыльца, бактерии, мельчайшие насекомые, которые поднимаются с поверхности воздушными потоками. В гидросфере жизнь существует на всех глубинах, проникая даже, несмотря на чудовищное давление, в 10–11-километровые впадины. В литосфере жизнь встречается до глубины 3,5 км на суше (бактерии в нефтяных месторождениях) и на 1–2 км ниже дна океана, хотя результаты жизнедеятельности организмов в виде осадочных пород прослеживаются гораздо глубже. В основном в литосфере жизнь сосредоточена в верхнем плодородном слое – почве, толщина которой не превышает нескольких метров и которая является биокосным веществом биосферы.
Живое вещество биосферы. В пределах биосферы живое вещество распределено очень неравномерно. В верхних слоях атмосферы, в глубинах океана, в многокилометровой толще литосферы живые организмы встречаются редко. Основная жизнь сосредоточена на поверхности земли, в верхних слоях морей и океанов, в почве.
Биомасса на земном шаре увеличивается от полюсов к экватору, что связано в первую очередь с климатическими факторами. Наиболее продуктивны те экосистемы, которые максимально обеспечены теплом и влагой. Места наибольшей концентрации жизни на планете – это тропические леса, дельты рек в районах с жарким климатом, мелководные зоны морей, коралловые рифы. Здесь наблюдается также и максимальное видовое разнообразие.
В настоящее время общую массу живых организмов оценивают в 2,43×1012 т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2 % представлена растениями, на 0,8 % – животными, грибами и микроорганизмами. В Мировом океане существует обратная закономерность: 93,7 % биомассы приходится на долю животных и 6,3 % – на долю растений и микроорганизмов. В видовом разнообразии биосферы существует интересная закономерность: 96 % видов животных – беспозвоночные, 4 % – позвоночные, из которых лишь десятая часть – млекопитающие, т. е. преобладают формы, стоящие на более низком уровне развития. Ежегодная продукция живого вещества в биосфере составляет более 230 млрд т сухого органического вещества.
Масса живого вещества составляет всего 0,01–0,02 % от косного вещества биосферы, однако в геохимических процессах Земли живые существа играют ведущую роль.
Вопросы для повторения и задания
1. Расскажите о структуре биосферы.
2. Охарактеризуйте оболочки Земли, в которых обитают живые организмы, – атмосферу, гидросферу и литосферу.
3. Чем определяются границы распространения живых организмов в биосфере?
4. Как формируется биокосное вещество биосферы?
5. Охарактеризуйте распределение биомассы на земном шаре.
Подумайте! Выполните!
1. К какому типу веществ биосферы можно отнести янтарь, сброшенные рога оленя, опавшие листья, торф, пыльцу растений, паутину? Объясните свой выбор.
2. Охарактеризуйте организмы, которые обитают вблизи границ биосферы. Как вы считаете, какими свойствами должны обладать такие организмы?
3. Организуйте и проведите исследование почвы вашей местности. Определите её структуру, питательные свойства, кислотность, насыщенность микроорганизмами.
4. Примите участие в дискуссии на тему «Вечна ли биосфера?». Выскажите своё мнение по этому вопросу.
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.
29. Роль живых организмов в биосфере
Вспомните!
Какое вещество В. И. Вернадский называл живым; косным?
Что называют круговоротом веществ в природе?
Роль живого вещества в биосфере. Основное внимание в учении о биосфере В. И. Вернадский уделял роли живого вещества. Учёный писал: «Живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, её определяющей». Благодаря способности к росту, размножению и расселению, в результате обмена веществ и преобразования энергии живые организмы способствуют миграции химических элементов в биосфере. В. И. Вернадский сравнивал массовые миграции животных, например стаи саранчи, по масштабам переноса химических элементов с перемещением целого горного массива.
