БИОСФЕРА. Учение о биосфере. Фундаментальная роль живого вещества

Земли,
заселённая живыми организмами,
находящаяся под их воздействием
и занятая продуктами

их жизнедеятельности.

БИОСФЕРА

Таким образом, биосфера
это оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими.

Синонимы
«пленка жизни»
глобальная экосистема Земли

качестве геологического фактора в истории Земли,
указал на их значение в

создании всех веществ на поверхности планеты.

БИОСФЕРА

«биосфера»

рассматривал биосферу в чисто топологическом смысле — как пространство, заполненное

жизнью.
Термин вошел в обиход, не имея четкого определения.

БИОСФЕРА

из обобщений в области естествознания в XX в
академик,
русский и

советский естествоиспытатель,
создатель ряда научных отраслей
(геохимии, биогеохимии и др.)

«Биосфера»,
которая ознаменовала рождение новой науки о природе, о взаимосвязи

с ней человека.

По Вернадскому, биосфера это
организованная,
динамическая и устойчиво уравновешенная,
самоподдерживающаяся и саморазвивающаяся система.
в которой энергия космических излучений трансформировалась
в такие виды земной энергии, как электрическая, химическая, механическая, тепловая и т.д.

вещества:
живое;
биогенное;
косное;
биокосное;
вещество в стадии радиоактивного распада;
рассеянные атомы;
вещество космического происхождения.

от их систематической принадлеж­ности,
рассматривая в качестве его основных характеристик
суммарную

массу,
химический состав
и энергию

всего живого вещества биосферы приходится на наземную растительность

живых организмов.

процессами, в которых живое вещество не участвует»

процессами
и являющееся структурой, состоящей из живого и косного вещества

живого вещества.
Таким образом сфера жизни охватывает геосферы планеты:
нижние слои атмосферы;

верхнюю часть литосферы
и гидросферу

греч. atmos — пар и sphaira — шар),
газовая оболочка,

окружающая Землю

Основные оболочки Земли (геосферы)

(О3).
Создаваемый космическим излучением, озоновый слой поглощает большую часть солнечного

ультрафиолетового излучения,
таким образом защищая от него поверхность Земли.
Он достигает наибольшей плотности на высоте 21-26 км.

1916 году)
(от лито... – камень и греч. sphaira — шар)
верхняя

твердая оболочка Земли, ограниченная сверху атмо- и гидросферой, а снизу — астеносферой

Основные оболочки Земли (геосферы)

подвергавшиеся какому бы то ни было влиянию живых организмов или

биогенных веществ.

Геобиосфера

5 км

вода и греч. sphaira — шар),
прерывистая водная оболочка Земли

Основные оболочки Земли (геосферы)

слой гидросферы, куда проникает очень незначительная часть солнечной радиации
11

км

е. увеличивать живую биомассу, или действенную энергию планеты.

6 км
11

км

По вертикали слой
активной жизни занимает
17 км
(6+11 = 17).

стадии происходит поглощение растениями солнечной энергии, углекислоты, воды и минеральных

веществ.
Вторая стадия — многократная трансформация органических веществ, образовавшихся в виде биомассы животными и микробами.
Третья стадия — распад органических веществ до исходных минеральных продуктов с помощью микроорганизмов-минерализаторов.

которой происходит аккумуляция солнечной энергии
и ее перераспределение между отдельными

компонентами биосферы

Энергетическая функция

микроорганизмов, фотосинтез протекал без выделения кислорода.
На следующем этапе эволюции

появились организмы с более совершенным механизмом фотосинтеза, в результате которого в качестве побочного продукта в атмосферу стал выделяться кислород.
Это вело к изменению состава атмосферы Земли. Теперь в ней становилось все больше кислорода. Живые организмы использовали его для получения энергии. Появился процесс дыхания.

биосферы.
Первые живые организмы развивались в воде, которая защищала их

от губительного воздействия ультрафиолетовых лучей.
Кислород, выделявшийся в процессе фотосинтеза, в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетовых лучей превращался в озон (его молекула содержит три атома кислорода - 03).
По мере накопления озона произошло образование озонового слоя, который, как экран, надежно защитил поверхность Земли от губительной для живых организмов ультрафиолетовой солнечной радиации. Это позволило живым организмам выйти на сушу и заселить ее.

углекислого газа, который использовался для синтеза органических веществ в процессе

фотосинтеза.
Постепенно между фотосинтезирующими организмами и гетеротрофами установилось равновесие, которое привело к стабилизации нового состава атмосферы.
Сформировались современные круговороты углерода и кислорода.

гидросфере в результате микробиологических процессов (N2)

и сульфаты с выделением углекислого газа и сероводорода (H2S)

два типа:

Концентрационная функция
1 тип
- массовое повышение концентраций элементов в

среде, насыщенной этими элементами

например,
накопление
серы и железа
в живом веществе
в районах вулканизма

в живых организмах вне зависимости от среды
Например - хвощи, плауны

и осоки накапливают много кремния

Например – в скелетах позвоночных большое количество кальция и магния

Образование залежей известняка, мела, каменного угля, торфа, нефти

с внешней средой.
Она выражается в химических превращениях веществ в

процессе жизнедеятельности организмов.

Окислительно-восстановительная функция

А в процессе расщепления и окисления в присутствии кислорода преобладают окислительные реакции и выделяется энергия.

затраты энергии.

Окислительно-восстановительная функция

такие химические процессы, как окисление и восстановление элементов с переменной

валентностью (азот, сера, железо, марганец и др.).

Окислительно-восстановительная функция

вещества.
К ним относятся денитрифицирующие и сульфатредуцирующие бактерии, восстанавливающие из

окисленных форм азот до элементарного состояния и серу до сероводорода.
Микроорганизмы-окислители могут быть как автотрофами, так и гетеротрофами.
Это бактерии, окисляющие сероводород и серу, нитрифицирующие микроорганизмы, железные и марганцевые бактерии, концентрирующие эти металлы в своих слетках.

Окислительно-восстановительная функция

функция

поддержания равновесия в экосистемах

Информационная функция
Например:
молекулярной информации(генетический код)
Например:
сигнальной

(в том числе нервной и интеллектуальной) информации

С ней в конечном счете связано преобразование физико-хи­мических параметров среды.

В широком понимании результатом данной функции является вся природная среда.
Она создана живыми организмами,
они же и под­держивают в относительно стабильном состоянии ее параметры.

Средообразующая функция

в образовании почв.
В. И. Вернадс­кий почву называл биокосным телом,

под­черкивая тем самым большую роль живых организмов в ее созда­нии и существовании.
В. В. Докучаев назвал почву «зеркалом ландшафта», под­черкивая тем самым, что она продукт основного ландшафтообразующего элемента - биоценозов и, прежде всего, растительного покрова.

Средообразующая функция

трансформации ими метеорологических параметров среды.
Например, в лесных сообществах микроклимат существен­но

отличается от открытых пространств.

Средообразующая функция

полога, насыщенного листьями (результат фотосинтеза)

разложения органического вещества на почве и в верх­них горизонтах почвы)

высшего порядка, в которой действует единый планетарный механизм.
В первой

стадии происходит поглощение растениями солнечной энергии, углекислоты, воды и минеральных веществ.
Вторая стадия — многократная трансформация и утилизация органических веществ, образовавшихся в виде биомассы, животными и микробами.
Третья стадия — распад органических веществ до исходных минеральных продуктов с помощью микроорганизмов-минерализаторов.
Динамическое равновесие всех этих процессов в масштабах планеты определяет существование жизни, направление биохимических процессов в твердых породах, воде и атмосфере планеты.

продуценты

консументы

редуценты

1

2

3

2

целом осуществляется
или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция),

или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом (приземные слои атмосферы, гидросфера и т.д.)

ЗАКОН БИОГЕННОЙ МИГРАЦИИ АТОМОВ
открытый В. И. Вернадским

биосферы и ее организованности
Космическая роль биосферы в трансформации энергии
Космическая энергия

вызывает давление жизни
Понятие автотрофности

в течение геологического времени постоянной, менялась только ее форма
9. Постоянство

количества живого вещества в биосфере
10. Всюдность жизни в биосфере
11.Роль живого в эволюции Земли

Эмпирические обобщения Вернадского

человеческого труда в ноосферу –
геосферу, в которой разум становится

доминирующим в развитии системы человек–природа

в ней человечества,
которое, познавая законы природы и совершенствуя технику,

начинает оказывать определяющее влияние на ход процессов в охваченной его воздействием сфере Земли (впоследствии и в околоземном пространстве),
глубоко изменяя её своей деятельностью

существенным эволюционным перестройкам,
которые относительно прогрессивны для природы,
но не

обязательно полезны для вида или иной систематической категории,
в том числе для хозяйства и жизни человека

к рождению, от старости к юности,
нельзя повернуть эволю­цию планеты

вспять,
невозможно в том же направлении развернуть жизни на ней

биосферы
(для данного геологического периода)
есть константа

особенно ее подразделения,
подвергаются изме­нению со стороны биосферы планеты
и потому

по силе и времени проявле­ния могут быть
ослаблены и сдвинуты
или даже полностью утерять свой эффект

заселены организмами.
Границы биосферы. Поле существования жизни.
Где расположен озоновый экран. Роль

озонового экрана в сохранении жизни на планете.
В.И. Вернадский. Учение о биосфере.
Определение живого вещества. Роль в биосфере.
Функции живого вещества.
Определение косного вещества. Примеры
Определение биокосного вещества. Примеры.

протекал без выделения кислорода. На следующем этапе эволюции появились организмы

с более совершенным механизмом фотосинтеза, в результате которого в качестве побочного продукта в атмосферу стал выделяться кислород. Это вело к изменению состава атмосферы Земли. Теперь в ней становилось все больше кислорода. Живые организмы использовали его для получения энергии. Появился процесс дыхания.
Фотосинтез сыграл огромную роль в развитии органического мира и эволюции биосферы. Первые живые организмы развивались в воде, которая защищала их от губительного воздействия ультрафиолетовых лучей. Кислород, выделявшийся в процессе фотосинтеза, в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетовых лучей превращался в озон (его молекула содержит три атома кислорода - 03). По мере накопления озона произошло образование озонового слоя, который, как экран, надежно защитил поверхность Земли от губительной для живых организмов ультрафиолетовой солнечной радиации. Это позволило живым организмам выйти на сушу и заселить ее.
В процессе дыхания организмы потребляли кислород и выделяли соответствующее количество углекислого газа, который использовался для синтеза органических веществ в процессе фотосинтеза. Постепенно между фотосинтезирующими организмами и гетеротрофами установилось равновесие, которое привело к стабилизации нового состава атмосферы. Сформировались современные круговороты углерода и кислорода.

Фотосинтез, видимо, появился на заре существования биосферы (3,7—3,8 млрд.лет назад),

однако архебактерии и большинство групп бактерий не вырабатывали при фотосинтезе кислород. Кислородный фотосинтез возник у цианобактерий 2,7—2,8 млрд лет назад[1]. Выделяющийся кислород практически сразу расходовался на окисление горных пород, растворённых соединений и газов атмосферы. Высокая концентрация создавалась лишь локально, в пределах бактериальных матов (т. н. «кислородные карманы»). После того, как поверхностные породы и газы атмосферы оказались окисленными, кислород начал накапливаться в атмосфере в свободном виде.

Одним из вероятных факторов, повлиявших на смену микробных сообществ, было изменение химического состава океана, вызванное угасанием вулканической активности.
Поскольку подавляющая часть организмов того времени была анаэробной, неспособной существовать при значимых концентрациях кислорода, произошла глобальная смена сообществ: анаэробные сообщества сменились аэробными, ограниченными ранее лишь «кислородными карманами»; анаэробные же сообщества, наоборот, оказались оттеснены в «анаэробные карманы» (образно говоря, «биосфера вывернулась наизнанку»). В дальнейшем наличие молекулярного кислорода в атмосфере привело к формированию озонового экрана, существенно расширившего границы биосферы, и привело к распространению более энергетически выгодного (по сравнению с анаэробным) кислородного дыхания.

с активным обменом веществ на суше 6км в литобиосфере (гипобиосфера)

+ 6 км в атмобиосфере (альтобиосфера) = 12 км. С учетом гидробиосферы ,11км, по вертикали слой активной жизни занимает 17 км (6+11 = 17).