Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 92. Структура та складові біосфери

Поміркуйте

• Чи можна назвати ґрунт живою речовиною?

Згадайте

• Екосистема
• Колообіг речовин
• Біоценоз, біотоп

Поняття біосфери

Біосфера — це оболонка Землі, що містить у собі всі живі організми планети й усі зони їх існування. Термін «біосфера» ввів геолог Е. Зюсс 1875 року для позначення простору на поверхні Землі, де існує життя.

Біосфера почала формуватися близько 4 млрд років тому, щойно з'явилися перші ознаки життя на нашій планеті. Зараз Землю населяє близько 3 млн видів різноманітних живих істот. Загальна маса живих організмів оцінюється в 2,43 х 10¹² т.

Становлення біосфери і її поетапне формування зумовлене впливом низки факторів: дією на Землю космічної енергії, розвитком живих організмів і людства та ін.

На початку XX ст. український науковець В. І. Вернадський створив вчення про біосферу. Він одним із перших усвідомив величезний перетворюючий вплив живих організмів на всі три зовнішні оболонки Землі в планетарному масштабі. Поверхню Землі вчений розглядав як своєрідну оболонку, розвиток якої значною мірою визначається діяльністю живих організмів. В. І. Вернадський умовно поділяв навколишнє середовище на природне — біосферу, і штучно створене людиною — ноосферу (сферу розуму).

Мал. 92.1. Межі біосфери

Дізнайтеся більше

Гірські гуси зазвичай мігрують на висоті не менш ніж 8300 м, дикі яки живуть у гірських районах Тибету на висоті приблизно 3200-5400 м над рівнем моря, а гірські козли мешкають на висотах до 3000 м. Мікроорганізми трапляються у верхніх шарах атмосфери Землі на висоті декількох десятків кілометрів. Одноклітинні форми життя були знайдені в найглибшій частині Маріанської западини на глибині 11 034 м.

Межі біосфери

Межі біосфери визначаються можливістю окремих індивідуумів виживати в умовах навколишнього середовища (мал. 92.1).

У верхніх шарах ультрафіолетове випромінювання не дає розвиватися живим організмам — це верхня межа біосфери. Вона розміщується на висоті приблизно 20-25 км від поверхні Землі й обмежена озоновим шаром, за межами якого живі організми не можуть існувати. Озоновий шар захищає біосферу від згубного космічного випромінювання, що не дає розвиватися живим організмам.

Нижня межа біосфери визначається високими температурами в земних надрах. У ґрунті живі організми можна зустріти на глибині 4-7 км. Межа життя на дні океанічних западин простягається вглиб до 11 км.

Життя в біосфері поширене нерівномірно, мозаїчно. Воно слабко виражене в холодних і жарких пустелях, високо в горах, у центрах океанів. Високе видове багатство й різноманітність спостерігаються на межах поділу різних середовищ: на лінії літосфери й атмосфери (наземне життя й особливо — у ґрунтах), атмосфери й гідросфери (поверхневі шари океану), літосфери й гідросфери (дно водойм). Особливо багате життя в зонах, де ґрунт, вода й повітря близько сусідять одне з одним — узбережжя й мілководдя морів, лимани, естуарії річок.

Дізнайтеся більше

Серед тварин біосфери 96 % видів припадає на частку безхребетних і тільки 4 % — на хребетних, серед яких ссавці становлять приблизно 10 %. Наведені співвідношення ілюструють фундаментальну закономірність організації біосфери: у кількісному співвідношенні переважають форми, які досягли в процесі еволюції відносно низьких ступенів морфофізіологічного прогресу.

Компоненти біосфери

Залежно від середовища існування живих організмів виділяють:

• аеробіосферу (організми перебувають у просторі від верхівок дерев до стратосфери);
• геобіосферу (організми населяють ґрунт, печери, поверхню суші, дерева);
• гідробіосферу (організми населяють усі водні структури).

За В. І. Вернадським, біосфера містить у собі 7 видів речовини, зокрема:

• жива — сукупність усіх організмів, які населяють планету;
• біогенна — неживий матеріал, утворений у процесі життєдіяльності організмів (наприклад, вугілля, нафта, торф, вапняк) (мал. 92.2);
• косна — неорганічна речовина, походження якої не пов'язане із живими організмами (наприклад, гірські породи);
• біокосна — речовина, що є результатом спільної діяльності живих організмів і абіогенних процесів (наприклад, ґрунту).

Біосфера — глобальна екосистема

Біосфера має ієрархічну структуру. Окремі організми утворюють популяції. Декілька популяцій, що взаємодіють між собою, становлять біоценоз. Біоценози, які населяють певні біотопи, утворюють екосистеми. Біосфера — це екосистема вищого порядку, що поєднує будь-які інші екосистеми Землі. Для біосфери характерні всі властивості екосистем.

• Біосфера містить у собі живі організми, які населяють Землю, а також середовище їх існування: океани, сушу, атмосферу.
• У ній є всі компоненти трофічних ланцюгів: продуценти (автотрофи), консументи й редуценти (гетеротрофи).
• У ній існують відносно замкнені потоки речовини й енергії між біотичною й абіотичною частинами (колообіги речовин і енергії).
• Біосфера як екосистема має стабільність.

Мал. 92.2. Вапняк і кам'яне вугілля — гірські породи біогенного походження

Оскільки біосфера поєднує в собі всі екосистеми на планеті, її називають «глобальною» екосистемою.

Практична робота

Розрахунок енергетичного балансу біосфери. Оцінка ролі продуцентів в енергетичному балансі

За рік до Землі надходить 10²⁴ Дж сонячної енергії; майже 33% відбивається в космос, 67% поглинається атмосферою і поверхнею Землі. З усієї енергії тільки 0,2 % використовується під час фотосинтезу.

1. Розрахуйте, скільки сонячної енергії використовують рослини за рік.

2. Розрахуйте, скільки енергії передається по усіх трофічних ланцюгах біосфери до консументів ІІ порядку, якщо її втрати на кожному рівні складають 10%.

Ключова ідея

Біосфера — це екосистема вищого порядку, що об'єднує всі інші екосистеми Землі. Біосфера, разом із літосферою, гідросферою й атмосферою, формує чотири основні оболонки Землі.

Запитання та завдання

1. Як ви вважаєте, чому найбільша видова різноманітність у біосфері спостерігається на межах поділу середовищ? 2. У чому проявляється мозаїчність біосфери як екосистеми?