Біологія. 9 клас. Козленко

Вчення про біосферу. Речовина і енергія в біосфері

Запам’ятайте терміни: біосфера

Загальна характеристика біосфери

Уявлення про сукупність живих організмів Землі як комплексну систему висловлювалися багатьма вченими. Австрійський дослідник Едуард Зюсс у 1875 році ввів для позначення цієї системи термін «біосфера», але цілісне вчення про біосферу створив В.І. Вернадський.

В даний момент біосферу визначають як одну з оболонок Землі, характеристики якої визначаються сукупною діяльність всіх живих організмів планети.

Компонентами біосфери є всі середовища, заселені живими організмами, або змінені внаслідок їхньої діяльності — тобто нижня частина атмосфери, гідросфера та верхня частина літосфери.

Значення атмосфери для живих організмів полягає перш за все у захисті від шкідливого космічного випромінювання. Огортаючи поверхню планети, атмосфера виконує ще одну важливу функцію — утримує коливання температур на Землі у відносно вузьких, сприятливих для розвитку живих організмів, межах. Використовуються організмами і деякі гази, що є компонентами атмосфери, зокрема, кисень, азот і вуглекислий газ. Деякі з цих газів, перш за все кисень, з’явилися в атмосфері лише завдяки живим організмам.

Тісно пов’язаною з атмосферою оболонкою Землі є гідросфера. До її складу входять не лише солоні та прісні води земних водойм від Світового Океану до калюжі, а й льодовики, що вкривають полюси планети та гірські вершини, підземні води та атмосферна волога. Водойми планети є середовищем існування великої кількості різноманітних живих організмів. Біологічні процеси, що відбуваються в угрупованнях цих організмів, можуть також впливати на характеристики оточуючого водного середовища, а отже, через колообіг води на планеті — і на інші живі організми.

Атмосфера за своїм агрегатним станом є газоподібною, а гідросфера — рідкою. Верхньою ж твердою оболонкою Землі є літосфера, а верхнім її шаром — земна кора. Саме ця оболонка є джерелом багатьох макро- та мікроелементів, необхідних живим організмам для здійснення життєдіяльності. Елементи покидають літосферу під впливом низки геологічних та біологічних процесів та потрапляють у живі організми прямо або опосередковано через трофічні ланцюги.

Сукупність усіх живих організмів планети прийнято називати живою речовиною біосфери.

Земля заселена двома групами живих організмів — автотрофами та гетеротрофами. Їх діяльність виражена у формі двох протилежних процесів — утворення та розкладання органіки. Співвідношення між цими процесами називається екологічним балансом. Фундаментальною властивістю біосфери є додатній результат балансу — переважання у ньому процесу синтезу органічних сполук завдяки фотосинтезу.

Вчення В.І. Вернадського про біосферу

Формулюючи визначення біосфери, Едуард Зюсс назвав цю систему «тонкою плівкою життя, що вкриває Землю», тобто виключно живих істот, що мешкають на поверхні планети. Ключова роль у розумінні біосфери як вищого рівня організації живих систем належить В.І. Вернадському.

Фундаментальним поняттям вчення В.І. Вернадського про біосферу стало поняття речовини біосфери. На відміну від Зюсса, Вернадський розглядав цю речовину як багатокомпонентну систему із складними зв’язками між компонентами. Таким чином, за В.І. Вернадським до складу біосфери має відноситися не тільки сукупність живих істот, а й змінене ними середовище існування, продукти діяльності різних організмів у літосфері, атмосфері та гідросфері.

Вчений виділяв кілька складових речовини на Землі, найбільш важливими серед котрих є:

  • жива речовина — усі живі організми, що проживають на планеті;
  • біогенна речовина — нежива речовина, що утворилася внаслідок діяльності живих організмів (вугілля, вапняк, нафта);
  • затверділа речовина — нежива речовина абіогенного походження;
  • біозатверділа речовина — речовина, що створювалася одночасно і живими організмами, і затверділою речовиною (ґрунт).

Усі ці типи речовин пов’язані між собою геохімічними зв’язками. Важливість наукових поглядів Вернадського полягає у тому, що він уперше виділив роль живої речовини у формуванні цих зв’язків.

За Вернадським, жива речовина у масштабах планети виконує певні функції. Ці функції забезпечують здійснення біогеохімічних циклів та перетворення енергії і, як наслідок, стабільність біосфери. Вчений виділив такі функції живої речовини:

Енергетична функція живої речовини полягає у перетворенні та акумулюванні енергії Сонця зеленими рослинами, що здійснюють фотосинтез, і подальшому передаванні цієї енергії через трофічні ланцюги гетеротрофним організмам. Енергетичну функцію виконують також бактерії-хемосинтетики, що перетворюють та акумулюють енергію хімічних зв’язків. У подальшому накопичена енергія може переходити у недоступні форми (тепло) або накопичуватися (резервуватися) у формі енергоємних корисних копалин.

Рослини виконують ще одну важливу для біосфери функцію — газову. У процесі фотосинтезу вони поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень — саме так на ранніх етапах розвитку планети відбулося збагачення атмосфери киснем, що уможливило вихід життя на сушу. Як і тварини, під час дихання рослини виділяють вуглекислий газ та поглинають кисень, таким чином підтримуючи баланс газів в атмосфері.

Вже згадані хемотрофні бактерії можуть виконувати окисно-відновну функцію. Усі їх енергетичні реакції пов’язані із зміною ступеня окиснення елементів у хімічних сполуках. Здійснюючи ці перетворення, бактерії переводять елементи у різноманітні хімічні форми. Деякі з цих форм утворюють поклади гірських порід, змінюючи таким чином склад та структуру літосфери.

Здатність живих організмів до накопичення хімічних сполук у своїх тілах уможливила виконання ними концентраційної функції. Зокрема, у черепашках безхребетних містяться сполуки Карбону, Фосфору, Кальцію, Силіцію та інших елементів. Кальцій накопичується також у вегетативних органах деяких рослин. Морські мешканці запасають значні кількості Іоду. Усі ці речовини у подальших біогеохімічних процесах здатні переходити у склад літосфери та утворювати гірські породи.

Наступним важливим аспектом вчення Вернадського про біосферу є уявлення про розвиток останньої. Передумовою для розвитку біосфери вчений вважав формування літосфери, на базі якої виник живий світ. Вернадський відзначав, геологічна історія планети не знала часових проміжків, що були б повністю позбавленими життя, а отже жива речовина кожного періоду пов’язана із попередніми її формами. Живу речовину дослідник також називав основним фактором переміщення елементів у літосфері.

  • 1. Чи відрізняються межі біосфери «за Зюсом» та біосфери «за Вернадським»?
  • 2. Наведіть приклади різних складових речовини на Землі. Які з складових, на вашу думку, є на Марсі? На Венері?

Обговоріть у групах

Які з покладів корисних копалин утворилися завдяки діяльності живих організмів чи екосистем?