Верхняя граница жизни биосферы. Что такое биосфера

Биосфера – место обитания живых существ. Зарождение жизни тесно связано с развитием оболочек земли. Она начала свое формирование около 4 миллиардов лет назад, затем появились первые признаки жизни на нашей планете.

Становление биосферы и ее поэтапное формирование обусловлено влиянием ряда факторов: действием на Землю космической энергии, развитием живых организмов и человечества.

Термин биосфера ввел австрийский ученый Зюсс еще в 19 столетии, он выделил все оболочки Земли, но подробное их описание совершил в 20 ст. отечественный ученый В.И. Вернадский (первый президент Украинской Академии Наук). Он описал границы биосферы, разработал единое учение о биосфере.

Свойства биосферы необходимые для возникновения и продолжения жизни

Наличие CO 2 и кислорода;
вода – источник жизни на земле, присутствие, как пресных водоемов, так и соленых;
регуляция температуры: отсутствие резких перепадов, сверхвысоких и низких показателей;
обеспечение всего живого продуктами питания;

До сих пор нет единого определения. Существует три версии, что такое биосфера:

Общая масса всех живых существ, которые обитают в оболочках земли, является биосферой.
Организмы и места их жизнедеятельности вместе составляют биосферу.
Это следствие продолжительной жизни существ, обитавших задолго до наших дней.

Ученые-геологи считают правильной первую точку зрения, так как другие не имеют теоретического подкрепления.

Биосфера простилается по всей поверхности Земли (горы, поля, реки, моря, океаны) и создает условия для жизнедеятельности всех организмов. Человек также является составляющим звеном.

Границы

Границы биосферы в км

Чем определяются границы распространения биосферы?

Поскольку Живое — главная составляющая биосферы, ее границы определяются возможностью выживать отдельных индивидуумов в условиях окружающей среды. В верхних слоях ультрафиолетовое излечение не дает развиваться живым организмам – это определяет верхнюю границу биосферы. Высокие температуры в земных глубинах устанавливают нижнюю черту жизни.

Атмосфера – воздушный слой земного шара, состоит из азота, кислорода, диоксида углерода и др. Она защищает Землю от перегрева, действия космической радиации, ультрафиолета, метеоритов. В составе атмосферы выделяют: тропосферу, стратосферу, ионосферу.

Тропосфера (озоновый слой земли) является верхней границей биосферы, находится на высоте 20 км.

Стратосфера – располагается на высоте 50 км над уровнем моря, воздух разжижается, нагревается, увеличивается концентрация озона, условия становятся непригодными для жизни.

Ионосфера – поверхностный слой атмосферы, поддается воздействию космического излучения, поэтому сильно ионизированный.

Литосфера – земная кора, твердый слой, который уходит на глубину 200км. К биосфере относится верхний шар, населенный живыми организмами. Нижняя граница по литосфере достигает 4км, глубина где были найдены бактерии. Опускаясь ниже, температура возрастает, достигая 100 градусов, что несовместимо с существованием живых организмов, происходит денатурация белка, все живое – гибнет.

Гидросфера – совокупность наземных и подземных вод. Это одна из оболочек нашей планеты, которая окружает материки и острова, составляет 70% поверхности земного шара. Нижняя граница биосферы расположена на глубине около 11 км. (в области Тихого океана).

Слои биосферы

Эубиосфера – основная прослойка биосфера. 99,9% живых существ постоянно населяют данный слой. Ширина эубиосферы 12-17км.

Парабиосфера, метабиосфера – соответственно верхний и нижний слои бисоферы, куда жизнь попадет случайно, заносится из эубиосферы.

Апобиосфера и абиосфера — самый верхний и самый нижний слои, куда жизнь не может попасть даже случайно.

В зависимости от среды обитания живых организмов выделяют:

Аэробиосферу (жизнь осуществляется за счет атмосферной влаги и солнечной энергии, от верхушек деревьев до стратосферы);
геобиосферу (организмы населяют почву, поверхность суши, деревья);
гидробиосферу (все водные структуры заселенные гидробионтами, исключая подземные воды).

Структура биосферы и ее состав

Живое вещество Вернадский описывал как общее число всех живых организмов населяющих планету в данный период времени.

Основные свойства:

В нем сосредоточено огромное количество энергии;
скорость течения реакций в живом организме быстрее, чем в искусственно созданных условиях;
составляющие живого вещества стабильны только в жизнеспособном организме;
возможность существовать в разных условиях, заполняя все пространство. Это явление Вернадский назвал «всюдностью жизни»;
отдельные особи всегда являются частью экосистемы;
живое вещество эволюционирует, приобретает новые свойства, адаптируется к изменчивости внешней среды.

Биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живого. В процессе жизни организмы пропускают через себя многократно все составляющие биосферы, так образуются залежи нефти, газа, угля, торфа и др.

Косное вещество – формируется без участия живой материи (небиогенные горные породы, минералы).

Биокосное вещество – создается при взаимодействии живого и неживого (вода, приземная атмосфера, почва).

Живое вещество распределено не равномерно на просторах земли, ее концентрация увеличивается возле экваториальной плоскости, на полюсах планеты жизни мало.

Скопление живых организмов находятся на границах слоев биосферы: на дне океана – проходит граница между литосферой и гидросферой, в поверхностных водах Мирового океана – рубеж между гидросферой и атмосферой, на границе литосферы и атмосферы находится почва – место обитания микроорганизмов, насекомых, других животных. В этих местах создаются благоприятные условия для существования: высокая концентрация кислорода, доступ к солнечному свету, влага, питательные вещества.

Соотношение видов живых организмов показывает преобладание растительности, она занимает 99% от всего живого, животные – 1%, люди – 0,0002%.

Функции биосферы

Энергетическая – аккумуляция солнечного излучения в процессе фотосинтеза (переход энергии солнечного света с помощью пигментов растений в органические связи) и ее трансформация, с последующим распределением между всеми живыми организмами.

Газообразующая – поддержание стабильного газового состава атмосферы (выделение кислорода, поглощение диоксида углерода).

Концетрационная – сосредотачивают в теле химические вещества, образуя в дальнейшем полезные ископаемые.

Круговорот вещества в биосфере

Растения в процессе роста и развития используют минеральные вещества из почвы, адсорбируют воду с помощью корня, перерабатывают энергию Солнца, образуют органические вещества из неорганических, из атмосферного воздуха листьями поглощается диоксид углерода и выделяется кислород посредством фотосинтеза.

Животные и человек дышат кислородом, используют органические вещества образованные растениями. После смерти, скопление органических веществ растений и животных разлагается под действием микроорганизмов, и переходят в неорганическое состояние.

Процесс преобразования энергии и вещества начинается сначала – это и есть жизненный круговорот.

Биосфера в переводе с греческого языка сфера жизни или оболочка, где есть жизнь. Считается, что организмы, взаимодействуя друг с другом и выделяя продукты своей жизнедеятельности, преобразовывают эту оболочку. С точки зрения живого организма, которым является и человек, именно он главный в этой сфере Земли. Он все преобразовывает и изменяет. Так ли это? Какова его роль? А для начала надо понять, как границы биосферы определяются и каковы они?

Наличие жизни – вот главный критерий при ответе на эти вопросы. По последним, но неокончательным, научным сведениям она на Земле существует в границах до 20 км над нею и до 8 км вглубь. В водах Мирового океана есть на глубине в 11 км.

Верхняя граница биосферы — слой, который защищает все живое от ультрафиолетовых лучей. Нижняя граница под поверхностью Земли определяется температурой. Между границами расположились несколько слоев. Это атмосфера или воздушное пространство, гидросфера или водная оболочка и литосфера или земная кора.

Эти оболочки представляют три фазы существования вещества. Твердую – земная кора, жидкую – вода и газообразную – воздух. Они между собой тесно связаны, переходят и влияют одна в другую. А живые организмы существуют во всех этих оболочках — состояниях. Мигрируют из одной в другую, пронизывают их и связывают.

Кроме того, состав биосферы обладает определенной структурой. В нее входит живое, биогенное, косное и биокосное вещество, атомы и вещества космического происхождения, а также, находящееся в стадии радиоактивного распада. Живое вещество – это вся совокупность живых организмов. Биогенное – это то, что получается в результате их жизнедеятельности. Косное образуется без участия живых организмов. Биокосное – продукт их «совместного» труда. Остальные несущественны и что собой представляют понятно из их названия.

Масса коры Земли составляет примерно 28,46Х10 18 тонн, воды – 1,47Х10 18 , воздуха – 0,005Х10 18 , а живого вещества – 0,00001% массы земной коры.

Границы биосферы, ее слои и структура – это ее «внешние» характеристики. «Внутренний» состав биосферы — химический.

Литосфера

В земной коре присутствуют еще два вида газа – водород и гелий. Но их содержание очень низко, за счет инертности, то есть летучести. Кислород присутствует практически во всех видах соединений, составляющих литосферу. Их называют макроэлементами. Элементы, которых в коре менее доли процента, соответственно, микроэлементами. Причем элементы наименее распространённые, имеют наибольшую популярность в хозяйственной деятельности человека. Цирконий востребование меди, а ртуть — других редкоземельных металлов. Некоторые элементы не нашли своего применения, хотя в земле их присутствие довольно велико. Например, рубидий, ванадий, гафний или скандий.

Гидросфера

Гидросфера или водная оболочка Земли. В нее входят океаны, моря, реки и другие водоемы, расположенные на суше. Толщина этого слоя неравномерно распределена по планете. В океанах она до 5 км, а «сухопутных» водоемов — несколько десятков метров. Тем не менее, вода покрывает 71% площади Земли. Основные ее химические элементы — это водород и кислород. Вода в гидросфере бывает соленой и пресной. Причем соленой – 98%, а пресной только 2%. По состоянию – жидкой, твердой и газообразной. Пресной воды в жидком состоянии всего лишь 0,025%, льда — 1,6%.

Самая распространенная на Земле жидкость – вода имеет уникальные качества и отличается от всех других известных видов жидкостей. Например, у всех жидкостей их твердое состояние тяжелее жидкого. А лед плавает на поверхности воды. Такие аномальные качества относят за счет строения ее молекулы – трехатомного. Все имеющиеся на Земле водные объекты разделяют на поверхностные, подземные и глубинные. По составу содержащегося в них газа на: кислородные, углекислые, метановые, азотные, сероводородные, водородные и другие. Несмотря на разные качества и место пребывания, водные объекты находятся в постоянной взаимосвязи и водообмене.

Основная масса воды соленая, потому за среднюю плотность воды принимают ее показатели. Он составляет 1,028. Соленость воды выражается в промилях, то есть количестве граммов соли на один килограмм воды. Средняя соленость океана 35 0 / 00 .

Вода в своем составе содержит, кроме основных, множество других веществ и соединений. Как правило, это хлориды щелочных или щелочноземельных элементов. Меньше в воде присутствуют сульфаты и гидрокарбонаты. Среди элементов выделяется существенное содержание брома, стронция, бора, фтора, йода и бария. В отличие от земной коры, в воде незначительное количество железа и алюминия. В воде есть концентрации некоторых газов. Таких как кислород, азот, углекислый газ, гелий, неон и сероводород.

Атмосфера

Атмосфера или шар из пара, укрывающий нашу планету. Его высота от поверхности Земли около 1300 км. «Около», потому что четкой границы атмосфера Земли с космосом не имеет. Воздух – основа атмосферы. В его состав входит: азот, кислород, углекислый газ, водяной пар, аэрозоли, пыль, солевые частицы и так далее. Такой состав воздуха сложился в результате биогенных процессов, вулканической и техногенной деятельности.

Атмосфера по мере удаленности от поверхности Земли делится на несколько слоев: тропосфера, стратосфера и ионосфера.

Верхняя граница тропосферы около 15 км от Земли. В ее газовый состав входит, прежде всего, азот. Его содержание 78%. А также кислород – 21%, аргон – до 1% и углекислый газ – 0,03%. Есть в нем также гелий, водород, криптон, ксенон и озон. Каждый составляющий атмосферу газ, независимо от объемов его содержания, играет свою значимую роль. Углекислый газ – источник жизни растений, озон – защищает все живое от ультрафиолетового излучения и так далее.

Кроме «постоянных» компонентов, атмосферу наполняют «временные». Например, водяные пары. Их содержание может достигать 4%. Его основная функция – регулировать климат. Он поглощает тепло и тем смягчает колебания температуры. Еще одним «временным» компонентом является хлорид натрия. Он попадает на Землю с осадками. Испаряясь, он попадает в воздух. Наибольшее его количество на морском побережье. С поверхности океана испаряются фтор, бром и йод, которые также попадают в атмосферу.

Источниками несвойственных для состава атмосферы газов являются техногенные выбросы. Доля техногенных газов в атмосфере пока невелика, но они уменьшают в ней количество кислорода. Особенно следует отметить сернистый газ, сероводород, окиси углерода и соединения свинца. Их количество постоянно возрастает.

Процесс изменения состава атмосферы явление не новое. Он происходил постоянно на протяжении многих лет. Однако, это были естественные изменения, к которым природа адаптировалась и приспосабливалась. Изменения, которые наблюдаются сейчас, носят неприродный характер. Справиться ли она с ними – вопрос.

Вот каковы биосферы границы, структура, «внутренние» и «внешние» характеристики.

Живые организмы также входят в состав биосферы, потому необходимо рассмотреть их роль в ее существовании.

Живые организмы

Определение биосферы говорит о том, что живые организмы ее преобразовывают.

Они состоят из органического вещества, хотя оно, в свою очередь, необязательно живое. Главным свойством живых организмов является непрерывный обмен химическими элементами. По поверхности Земли живые организмы распределены неравномерно. Границы своего существования, как вертикальные, так и горизонтальные, живые организмы пытаются расширить и все пустоты заполнить. Воздействие живых организмов на окружающую среду началось с их появлением около 4 млрд. лет назад. Они разнообразны по видам, морфологии, физиологии и так далее. И, тем не менее, во всех них присутствуют нескольких основных химических элементов – кислорода, углерода, водорода и азота. А состоят они из воды и органического вещества.

Если химический состав живых организмов аналогичен все остальной окружающей среде, то какая их роль и почему без них природа не смогла обойтись? А все очень просто. Живые организмы являются носителями энергии, без которой перемещение химических элементов и их переход из одной стадии в другую невозможен.

Видео — Биография Планеты

Существуют различные предположения о том, как появилась жизнь на нашей планете: от гипотезы самозарождения до гипотезы её занесения из космоса. Среди планет только Земля населена живыми организмами и имеет оболочку, в которой распространена жизнь.

Все живые организмы составляют живое вещество Земли. «Непрерывный слой живого вещества», по определению В. И. Вернадского, занимает , включает в свой состав почву с находящимися в ней корнями растений, грибницами, микроорганизмами и почвенными животными, часть , где встречаются микроорганизмы, и приземную часть тропосферы, где ветром переносятся пыльца, споры и семена растений. Этот слой и составляет биосферу Земли, сформировавшуюся в области взаимодействия воздуха, воды и горных пород.

Живые организмы могут существовать только при определённых условиях. В атмосфере такие условия наблюдаются до высоты 7-8 километров, где в основном сосредоточены живые организмы. Выше существование жизни ограничено низкой температурой и низким давлением. Верхней границей распространения живых организмов в атмосфере служит «озоновый экран». В гидросфере организмы распространены во всей толще вод суши и Мирового океана. В литосфере нижнюю границу биосферы проводят на глубине от сотен метров до нескольких километров. Здесь встречаются бактерии, для жизни которых не нужен воздух.

Живые организмы встречаются в самых необычных и очень суровых условиях: во льдах на вершинах высочайших гор, в безводных пустынях, в солёных озёрах и даже в подземных нефтяных пластах.

Разнообразие живого

Живые организмы представлены царствами растений, животных, грибов и бактерий. Растения и животные весьма разнообразны по форме и размерам. Принято выделять одноклеточные и многоклеточные организмы. Среди животных наиболее распространены насекомые, а среди растений - покрытосеменные.

По видовому разнообразию животные преобладают над растениями, но по массе живого вещества, наоборот, растений больше, чем животных. Некоторые виды растений и животных сохранились на нашей планете, пережив глобальные климатические изменения и оледенения. Это реликты (от латинского слова relictum - остаток) - древние виды, сумевшие приспособиться к новым условиям обитания.

Жизнь распределена в очень неравномерно. Большая часть организмов сосредоточена на суше. Здесь их масса в 800 раз превышает массу всего живого вещества в Мировом океане. При этом масса живого вещества растений на суше примерно в 1000 раз больше массы животных.

) и твёрдую (лито-сфера ) оболочки Земли (рис. 74).

Верхняя граница

Верхняя граница биосферы распо-ложена на высоте 15—25 км над уровнем моря (и в разных регионах Земли различна) в нижнем слое атмосферы — тропо-сфере (рис. 75).

В этих пределах био-сферы под влиянием энер-гии солнечных лучей кис-лород превращается в озон и образуется озоновый эк-ран. Он не пропускает ос-новную часть космических и ультрафиолетовых лучей, оказывающих вредное воздействие на живые орга-низмы, поэтому они не достигают земной поверх-ности.

В самых верхних слоях биосферы встречаются споры очень устойчивых к неблагоприятным условиям бактерий, грибов , мхов и папоротников (их называют аэропланктоном ). Некоторые птицы , бабочки и пауки могут подниматься на высоту 6—7 км.

Нижняя граница в гидросфере

Состав биосферы многообразен и подраз-деляется на четыре части.

Живое вещество.
Биогенные вещества.
Твёрдые тела.
Вещества биогенного и абиогенного происхождения.

Живое вещество

Совокупность всех живых организмов, обитающих на нашей планете , составляет живое вещество биосферы. Несмотря на то, что живое вещество по своей массе представляет весьма незначительную часть биосферы, его деятельность в течение геологических эпох оказывала огромное влияние на развитие Земли .

По утверждению В. И. Вернадского, жизнь зародилась на Земле некоторое время спустя после её появления и явилась одним из основных факторов, изменивших облик нашей планеты.

Биогенные вещества

Биогенные вещества есть результат деятельности живых организмов. К ним можно отнести нефть, каменный уголь, известняк и атмосферные газы.

Твёрдые тела

Общая масса живых организмов в биосфере называется био-массой, 93% которой приходится на сушу, а 7% — на водную среду. Живые организмы своей деятельностью оказывают большое влияние на биосферные процессы и обусловливают изменения биосферы.

Биосфера непрерывно развивается. Её развитие обусловливают такие факторы, как геологические и климатические изменения на нашей планете, воздействие живых организмов и человеческая деятельность.

Первый этап эволюции биосферы называется биогенезом, а второй — ноогенезом. В настоящее время в связи с тем, что основное влияние на биосферу оказывает

Биосфера и ее границы

Назовите основные физико-химические условия, определяющие границы биосферы.

Каковы границы существования живых организмов (биосферы) в литосфере, атмосфере, гидросфере?

*В 1926 г. В. И. Вернадский впервые поставил вопрос о границах биосферы; он вернулся к нему в специальной статье "О пределах биосферы" в 1937 г. Однако вопрос, как тогда, так и сейчас, не имеет однозначного ответа. Какие же физико-химические условия наиболее благоприятны для существования жизни?

Достаточное количество углекислого газа и кислорода.

Достаточное количество воды (причем обязательно - в жидком состоянии).

Температурный режим, исключающий как слишком высокие температуры (вызывающие свертывание белков), так и слишком низкие (прекращающие работу ферментов).

Наличие "прожиточного минимума" элементов минерального питания.

Определенная соленость водной среды.

**Современная жизнь распространена в верхней части земной коры (литосфере), нижних слоях атмосферы Земли (тропосфере) и в водной оболочке Земли (гидросфере).

В литосфере жизнь ограничивает прежде всего температура горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает
с глубиной и на уровне 1,5-15 км превышает +100°С. Самая большая глубина, на которой в породах земной коры были обнаружены бактерии, составляет 4 км. В нефтяных месторождениях на глубине 2-2,5 км бактерии регистрируются в значительном количестве. В океане жизнь распространена до более значительных глубин и встречается даже на дне океанических впадин глубиной 10-11 км. Верхняя граница жизни в атмосфере определяется нарастанием с высотой ультрафиолетовой радиации. Озоновый слой поглощает большую часть ультрафиолетового излучения Солнца на высоте 22-25 км. Все живое, поднимающееся выше защитного слоя озона, погибает. Споры бактерий и грибов обнаруживают до высоты 20-22 км, но основная часть аэропланктона сосредоточена в слое до 1-1,5 км. В горах граница распространения наземной жизни проходит на высоте около 6 км над уровнем моря.

Распределение жизни в биосфере отличается крайней неравномерностью. Наиболее велика концентрация живого вещества на границах раздела основных сред - в почве, т. е. пограничном слое между литосферой и атмосферой, в поверхностных слоях океана, на дне водоемов и особенно - на литорали (от лат. litoralis - прибрежный) - зоне морского дна, затопляемой во время прилива и осушаемой при отливе, в лиманах (от греч. limenas - гавань, бухта) и эстуариях (от лат. aestuarium - берег, заливаемый приливом) - затопляемых устьях рек, где все три среды - почва, вода и воздух - тесно взаимодействуют друг с другом. Места наибольшей концентрации организмов в биосфере В. И. Вернадский назвал "пленками жизни".

Вернадский указывал на "всюдность" жизни в биосфере. Жизнь появилась локально в водоемах, а затем распространилась все шире и шире, заняв все материки. Крайние пределы температур, которые выносят некоторые формы жизни, - от практически абсолютного нуля до +180°С. Давление, при котором существует жизнь, - от долей атмосферы на большой высоте до тысячи и более атмосфер на больших глубинах. Для ряда бактерий верхние критические точки давления лежат в области 12 000 атм. С другой стороны, семена и споры растений, мелкие животные в анабиозе (от греч. anabiosis - оживление - состояние организма, при котором жизненные процессы резко замедляются, что способствует выживанию его в неблагоприятных условиях температуры, влажности и др.) сохраняют жизнеспособность в полном вакууме.

Границы биосферы (по Г.В. Войткевичу и В.А. Вронскому)

Живые организмы могут существовать в широком диапазоне химических условий среды. Первые живые существа Земли жили в бескислородной атмосфере. Анаэробный обмен свойственен и многим современным организмам, в том числе многоклеточным. Уксусные угрицы (нематоды) обитают в чанах с бродящим уксусом. Ряд микроорганизмов живет в концентрированных растворах солей, в том числе медного купороса, фторида натрия, в насыщенном растворе поваренной соли. Серные бактерии выдерживают 0,1 М растворы серной кислоты.

Некоторые особо устойчивые формы могут существовать даже при действии ионизирующей радиации. Например, ряд инфузорий выдерживает излучение, по дозе в 3 млн. раз превышающее естественный радиационный фон на поверхности Земли, а некоторые бактерии обнаружены даже в котлах ядерных реакторов.