ГДЗ до підручника «Біологія і екологія» В.І. Соболь. 11 клас

§ 43. Біосфера як глобальна екосистема, її структур та межі

Пригадайте!

Що таке біосфера?

Біосфера — мережа всього живого на Землі. Він складається з біомів або біофізичних зон, наповнених багатьма екосистемами. Кожна екосистема складається зі складного набору видів, пристосованих до певного середовища. Біосфера простягається від найглибших кореневих систем дерев до найвищих вершин гір і вниз до найглибших океанських жолобів. Він включає всі живі та неживі компоненти Землі та взаємодію між ними.

Поміркуйте!

В. І. Вернадський дуже багато зробив для відродження України. Він був першим президентом Академії наук, його ім'ям названо Національну бібліотеку України. На думку вченого, неминучим є єдино правильний підхід до біосфери як до цілісної глобальної екосистеми. Цікаво, чому?

В.І. Вернадський був важливою постаттю у відродженні України, працюючи над відбудовою науки та культури країни після періоду політичних потрясінь. Він був першим президентом Академії наук, його іменем названо Національну бібліотеку України. Він вважав, що єдиний спосіб по-справжньому зрозуміти та захистити біосферу — це подивитися на неї з глобальної перспективи, як на єдину взаємопов’язану екосистему. На його думку, такий підхід був необхідний, тому що біосфера складається з різноманітних взаємозалежних елементів, і будь-яке порушення одного з них могло мати хвилевий вплив на всю систему. Розглядаючи біосферу в її цілісності, стверджував Вернадський, можна було б виявити й усунути потенційні загрози її здоров’ю до того, як вони стануть надто великими, щоб ними керувати.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Розгляньте загальну схему перетворення енергії в екосистемах. Застосуйте знання законів термодинаміки та схарактеризуйте характер біологічного перетворення енергії.

Загальна схема перетворення енергії в екосистемах відповідає законам термодинаміки, які стверджують, що енергія не може ні створюватися, ні знищуватися, а лише перетворюватися з однієї форми в іншу. В екосистемі енергія в основному перетворюється з однієї форми в іншу за допомогою процесу фотосинтезу, під час якого сонячне світло перетворюється на хімічну енергію, що зберігається в органічних сполуках. Потім ця енергія використовується організмами для забезпечення метаболічних процесів, таких як дихання та пересування. Крім того, енергія, що зберігається в органічних сполуках, може бути додатково перетворена в енергію для інших організмів у процесі споживання. Таким чином, енергія обертається в екосистемі, при цьому енергія Сонця перетворюється на накопичену енергію, а потім знову і знову використовується організмами.

Науковці встановили, що 70-80 % усієї маси крейди, якою пишуть вчителі й учні на дошці, припадає на вапнякові утвори одноклітинних джгутикових водоростей - коколітофорид. Ці організми становлять переважну частину (до 98 %) нанопланктону, концентрують Кальцій, а їх вапнякові скелети часто використовують для визначення віку гірських порід. За допомогою цих організмів доведіть справедливість першого закону Вернадського.

Перший закон Вернадського говорить, що біосфера є невід'ємною частиною земної поверхні і є єдиною взаємозалежною системою. Вчені можуть довести справедливість цього закону через роль, яку відіграють одноклітинні джгутикові водорості, такі як коколітофоріди, в екосистемі Землі. Ці організми складають більшість нанопланктону, і вони відіграють важливу роль у процесі фотосинтезу, оскільки вони поглинають сонячне світло та перетворюють його на хімічну енергію, що зберігається в органічних сполуках. Завдяки цьому процесу вони здатні концентрувати кальцій і формувати вапнякові скелети, які використовуються для визначення віку гірських порід. Крім того, ці організми відповідають за до 70-80% маси крейди, яка використовується в класах, що додатково демонструє життєво важливу роль, яку вони відіграють в екосистемі Землі, і їх здатність надавати докази першого закону Вернадського.

СТАВЛЕННЯ

На початку 1990-х в американській пустелі Аризона було впроваджено масштабний екологічний проект, що отримав назву «Біосфера-2» («Біосфера-1» - це наша планета Земля). Ця штучно створена замкнена біосфера була першою масштабною спробою моделювання процесів, що відбуваються в природних екосистемах Землі. Науковці були впевнені, що мають усі необхідні знання для моделювання біосфери, але виявилось, що не все так просто. Чому біосфера є глобальною екосистемою Землі і чому науковцям не вдалося створити її модель?

Біосфера — це глобальна екосистема, що складається з живих організмів та їх взаємодії з навколишнім середовищем. Це складна та динамічна система з багатьма взаємозалежними компонентами, включаючи атмосферу, гідросферу, літосферу та біоту. Вченим не вдалося створити модель біосфери через її складність, що ускладнює точне передбачення та повторення її поведінки. Крім того, біосфера постійно змінюється, що ускладнює точне моделювання. Нарешті, біосфера має низку емерджентних властивостей, тобто це не просто сума її частин, а щось більше, ніж це. Таким чином, вчені не змогли відтворити нові властивості біосфери в моделі.

РЕЗУЛЬТАТ

1. Що таке біосфера?

Біосфера — це глобальна екосистема, що складається з живих організмів та їх взаємодії з навколишнім середовищем. Це складна та динамічна система з багатьма взаємозалежними компонентами, включаючи атмосферу, гідросферу, літосферу та біоту. Це область Землі, де можна знайти життя, включаючи ґрунт, воду та повітря. Крім того, біосфера має низку емерджентних властивостей, тобто це не просто сума її частин, а щось більше, ніж це.

2. Назвіть частини та структурні компоненти біосфери.

Біосфера складається з трьох основних компонентів: літосфери, гідросфери та атмосфери. Літосфера - це тверда земля, що включає ґрунт, гірські породи та мінерали. Гідросфера - це вода, що знаходиться на землі, включаючи океани, річки, озера та підземні води. Атмосфера — це газова оболонка Землі, що містить такі гази, як кисень і вуглекислий газ. Ці компоненти взаємодіють один з одним, створюючи глобальну екосистему Землі.

3. Що таке потік енергії у біосфері?

Потік енергії в біосфері керується сонцем, яке постачає енергію навколишньому середовищу у вигляді світла та тепла. Ця енергія використовується організмами для живлення метаболічних процесів, таких як фотосинтез і клітинне дихання. Фотосинтез перетворює світлову енергію в хімічну енергію, яка зберігається в органічних молекулах, таких як глюкоза. Потім ця енергія використовується організмами для метаболічних процесів, таких як дихання та ріст. Згодом ця енергія повертається в навколишнє середовище у вигляді тепла. Цей цикл передачі енергії від сонця до організмів і назад до навколишнього середовища відомий як потік енергії в біосфері.

4. Назвіть основне джерело енергії для біосфери.

Основним джерелом енергії для біосфери є Сонце. Енергія Сонця використовується організмами для метаболічних процесів, таких як фотосинтез і дихання, і зрештою повертається в навколишнє середовище у вигляді тепла. Цей цикл передачі енергії від Сонця до організмів і назад до навколишнього середовища відомий як потік енергії в біосфері.

5. Які функції живої речовини в біосфері?

Жива речовина в біосфері відіграє ряд важливих ролей. Він виробляє та споживає енергію, циркулює матеріали та поживні речовини, забезпечує середовище проживання та їжу для інших організмів і допомагає регулювати глобальний клімат. Живі організми також виробляють кисень та інші необхідні гази, необхідні для життя на Землі та допомагають підтримувати різноманітність життя на планеті. Крім того, живі організми надають людям важливі послуги, такі як виробництво їжі, очищення води та медицина.

6. Назвіть основні закони функціонування біосфери.

Основні закони функціонування біосфери включають перший закон біології, який стверджує, що всі живі організми підкоряються тим самим законам фізики та хімії, другий закон термодинаміки, який стверджує, що енергія зберігається в системі і не може бути створена або створена руйнується, і Закон збереження маси, який стверджує, що матерія зберігається в системі і не може бути створена або знищена. Крім того, біосфера дотримується принципів передачі енергії, кругообігу матеріалів і збереження біорізноманіття.

7. Які структура та межі біосфери?

Біосфера складається з літосфери, гідросфери та атмосфери. Літосфера - це тверда земля, що включає ґрунт, гірські породи та мінерали. Гідросфера - це вода, що знаходиться на землі, включаючи океани, річки, озера та підземні води. Атмосфера — це газова оболонка Землі, що містить такі гази, як кисень і вуглекислий газ. Ці компоненти взаємодіють один з одним, створюючи глобальну екосистему Землі. Крім того, було визначено дев'ять планетарних кордонів, які розмежовують безпечний робочий простір для розвитку людини. Ці межі включають: зміну клімату; втрата цілісності біосфери; зміна земельної системи; змінені біогеохімічні цикли (фосфору та азоту); підкислення океану; руйнування стратосферного озонового шару; хімічне забруднення та вивільнення нових речовин; використання прісної води; і цілісність біосфери.

8. Яка основна функція біосфери?

Основна функція біосфери — забезпечити середовище існування для всіх живих організмів на Землі. Це включає забезпечення продовольством, водою та іншими ресурсами, а також регулювання глобального клімату та збереження різноманітності життя на планеті. Біосфера також відповідає за кругообіг матеріалів і поживних речовин, виробництво кисню та інших необхідних газів, а також надання основних послуг людству, таких як виробництво їжі, очищення води та медицини.

9. У чому суть основних закономірностей функціонування біосфери?

Суть основних закономірностей функціонування біосфери полягає в тому, що всі живі організми підкоряються єдиним законам фізики і хімії, а в системі зберігається енергія і речовина. Крім того, біосфера дотримується принципів передачі енергії, кругообігу матеріалів і збереження біорізноманіття, що означає, що енергія та матеріали постійно обмінюються та переробляються, і що біорізноманіття має важливе значення для здоров’я системи.

10. Чому біосфера є глобальною екосистемою Землі?

Біосфера є глобальною екосистемою Землі, оскільки вона охоплює все живе на Землі та складається з літосфери, гідросфери та атмосфери, які взаємодіють одна з одною та допомагають підтримувати різноманітність життя на планеті. Крім того, біосфера відповідає за кругообіг матеріалів і поживних речовин, виробництво кисню та інших необхідних газів, а також надання основних послуг людству, таких як виробництво їжі, очищення води та медицини.