Презентация на тему «биосфера, ее структура и функции» 11 класс

Свойства биосферы по Вернадскому

По определению академика Вернадского, вся совокупность живых организмов нашей планеты представляет собой живое вещество. Ее основные характеристики:

• суммарная биомасса;
• химический состав;
• энергия.

Живое вещество обладает энергией, то есть способно размножаться и распространяться. От наличия вещества и энергии зависят реакции жизнедеятельности живых организмов. Исходя из этого, главное свойство биосферы заключается в постоянном обмене, в котором участвуют организмы и окружающая среда. Она является источником всех необходимых веществ для организмов. Окружающая среда пополняется продуктами обмена веществ. Данные процессы определяют функционирование биосферы в виде целостной системы.

Примечание

Процесс деятельности продуцентов сопровождается накоплением солнечной световой энергии, которая затем трансформируется в энергию химических связей. Суммарная биомасса биосферы в целом определяется именно суммарной первичной продукцией автотрофов.

Свойства биосферы определяют специфику это достаточно сложной системы. Основными из них являются:

1. Централизованность. Живые организмы — это центральное звено биосферы, что всесторонне подтверждено В.И. Вернадским. Несмотря на то, что недопустимо применять понятие антропоцентризма в исследовании живого вещества, многие современные ученые считают центром биосферы один вид — человека.
2. Открытость. От наличия энергии, включая солнечную радиацию, зависит существование биосферы.
3. Саморегулируемость и организованность. Биосфера обладает рядом механизмов, которые обеспечивают ее способность противодействовать возникающим возмущениям, стабилизировать первоначальное состояние или способность к гомеостазу.
4. Разнообразие заключается в наличии разных сред жизни, которые составляют биосферу, включая водную, почвенную, наземно-воздушную и другие среды, разнообразных природных зон, геохимических областей и большого количества элементарных экосистем, которым присуще видовое разнообразие. Предположительно, в наше время на планете Земля обитают свыше 10 миллионов видов животного мира и более 1 миллиона видов царства растений и грибов. Разнообразие является условием устойчивости какой-либо экосистемы, а также биосферы в целом.
5. Механизмы, которые обеспечивают круговорот веществ и зависимую от него неисчерпаемость каких-либо химических элементов и их соединений.

В процессе эволюции биосферы наблюдается усложнение структуры биологических сообществ, увеличивается видовое разнообразие, совершенствуются механизмы приспособляемости живых организмов. Вместе с эволюцией повышается эффективность преобразовании энергии и вещества биологическими системами в виде:

• организмов;
• популяций;
• сообществ.

Вершина эволюции живого вещества на планете — человек. Он относится к биологическому виду, который с помощью множества эволюционных трансформаций приобрел сознание, являющееся совершенной формой отражения окружающей среды, и способность к изготовлению и применению в процессе жизнедеятельности орудий труда. Благодаря орудиям труда, человечество обустроило среду искусственного происхождения для жизни в виде поселений, жилищ, одежды, продуктов питания, машин и многого другого. С этого момента эволюция биосферы перешла на новый уровень, на котором мощная движущая сила определяется человеческим фактором.

Задания части 2 ЕГЭ по теме «Биосфера и живое вещество»

1. Какие процессы живого вещества биосферы обеспечивают относительное постоянство газового состава атмосферы (кислорода, углекислого газа, азота)? Укажите не менее трёх процессов и поясните их.

Ответ

1) при фотосинтезе регулируется концентрация кислорода и углекислого газа: выделяется кислород, и поглощается углекислый газ; 2) при дыхании регулируется концентрация кислорода и углекислого газа: поглощается кислород, и выделяется углекислый газ; 3) в результате азотфиксации бактериями поглощается азот из атмосферы, а в результате денитрификации азот выделяется в атмосферу

2. Рассмотрите предложенную схему веществ биосферы. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме вопросительным знаком.

Ответ

Биогенное

3. Найдите три ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они допущены. (1) Живое вещество биосферы – это совокупность всех организмов, живущих в данный момент на нашей планете. (2) Биогенное вещество образовано организмами и абиогенными процессами одновременно. (3) К биогенному веществу относят уголь, торф, горные породы. (4) Сложное происхождение в биосфере имеет биокосное вещество, созданное организмами и абиогенными процессами одновременно. (5) Почва – биокосное вещество. (6) Космогенное вещество представлено метеоритами и космической пылью. (7) Концентрационная функция живого вещества биосферы заключается в поддержании постоянства газового состава атмосферы.

Ответ

2 – биогенное вещество образовано соединениями, созданными организмами давних эр и периодов (ИЛИ – вещество, образованное организмами и абиогенными процессами одновременно – биокосное вещество); 3 – горные породы – это косное вещество; 7 – концентрационная функция живого вещества биосферы заключается в накоплении в телах организмов разных химических соединений (ИЛИ – газовая функция живого вещества биосферы заключается в поддержании постоянства газового состава атмосферы)

4. Какие факторы ограничивают распространение жизни в гидросфере, атмосфере, литосфере? Ответ обоснуйте.

Ответ

1) в гидросфере при погружении на глубину повышается давление, уменьшается освещенность, уменьшается содержание кислорода; 2) в атмосфере жизнь ограничивается интенсивностью ультрафиолетового излучения, снижением содержания кислорода; 3) жизнь в литосфере ограничивается высокой температурой, плотностью, снижением содержания кислорода

5. Объясните, почему каменный уголь относят к веществам биогенного происхождения и невосполнимым природным ресурсам. Какие условия способствовали его образованию?

Ответ

1) каменный уголь биогенного происхождения, так как образовался из отмерших организмов (древовидных папоротникообразных); 2) каменный уголь относится к невосполнимым ресурсам, так как в настоящее время условий для его образования нет; 3) залежи каменного угля образовались без доступа воздуха под высоким давлением

Понятие биосферы и ее сущность

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности, а также совокупность её свойств как планеты, где создаются условия для развития биологических систем; глобальная экосистема Земли.

Биосфера отличается от других оболочек планеты тем, что не имеет конкретного ограничения. К примеру, возникновение других непрерывных слоев можно охарактеризовать следующим образом:

1. Литосфера в виде земной и океанической коры идет вначале.
2. Затем наблюдается гидросфера со всеми водными объектами.
3. Далее следует атмосфера, которая является воздушной оболочкой и переходит в космос.

Биосферу сложно представить в виде конкретного слоя из-за равномерного глобального распределения живых организмов по всей поверхности планеты в среде обитания, охватывающей все три стихии. Сущность биосферы можно понять по исследованиям самых древних фактов из истории Земли, однако данная оболочка является наиболее молодой из всех. Зарождение и поддержание жизни на Земле отмечено относительно недавно, около 3,8 миллиардов лет назад, что является несущественным сроком в масштабе возраста и динамического развития всей планеты. Имеется два определения биосферы:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

1. Биосфера в виде совокупности всей органики на планете. Данная формулировка является основой современного определения оболочки.
2. Согласно В.И. Вернадскому, биосфера является целостностью, неразрывным единством и взаимодействием живой и неживой природы в их широком смысле.

Примечание

Основной характеристикой биосферы является органическая составляющая. В этом заключается ее отличие от строения других оболочек планеты.

Происхождение термина 

Концепция живой оболочки была сформирована в XIX столетии. Краткая характеристика биосферы была дана Жан Батистом Ламарком. В это время еще не появился официальный термин.

Впервые понятие биосферы было введено в 1875 году австрийским палеонтологом и геологом Эдуардом Зюссом. Данное определение используют и в современной науке.

Большое значение в исследовании живой оболочки имеют научные труды советского философа и биогеохимика В.И. Вернадского. Ученый известен, как создатель целостного учения о биосфере, в которой роль мощнейшей силы, непрерывно преобразовывающей планету, играли живые организмы.

Какие функции выполняет

Ключевые функции биосферы:

1. Энергетическая. Данный функционал возложен на растения, которые существуют, благодаря фотосинтезу. Перерабатывая энергию солнца, растительные организмы распределяют ее между другими элементами биосферы, либо накапливают ее в отмершей органике. Таким образом, образуются залежи горючих полезных ископаемых в виде угля, торфа, нефти.
2. Газовая. Живые организмы являются участниками непрерывного газового обмена.
3. Концентрационная. Определенные формы жизни способны выборочно создавать запасы биогенных элементов из внешней среды. В дальнейшем они могут использоваться, как источник этих веществ.
4. Деструктивная. Окружающая среда постоянно подвергается воздействию живых организмов. Ее поверхность разлагается и перерабатывается. Таким образом, происходит формирование косного и биокосного вещества.
5. Средообразующая. Биосфера стабилизирует баланс между благоприятными и неблагоприятными условиями среды, благодаря которым поддерживается полноценная жизнедеятельность организмов.

Свойства биосферы по Вернадскому

Глубоко изучив природу биосферы, Вернадский выделил признаки, которые характеризуют ее наиболее полно.

1. Непрекращающийся круговорот веществ и энергии. Все атомы в биосфере находятся в постоянном и непрерывном движении. Они образуют миллионы разнообразных соединений, и этот процесс продолжается бесконечно не протяжении всего геологического времени. Непрерывность круговорота объясняется тем, что живые вещества являются самой могущественной химической силой, которая поддерживает существование биосферы. Они производят необходимые элементы — автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы участвуют в преобразовании солнечной энергии в химические соединения, а гетеротрофы потребляют получившуюся энергию и приводят к расщеплению органических веществ до минеральных соединений. Этот процесс имеет цикличный характер и является главным условием существования живых организмов в атмосфере, почве и гидросфере.
2. Способность к самовоспроизведению. Это свойство подразумевает беспрерывное движение организмов путем размножения, которое ученый считал самым важным признаком механизма биосферы.Процесс, в ходе которого производится огромная геохимическая работа, представляет собой форму проникновения энергии солнечного луча и ее распределения по поверхности планеты. Эту способность к размножению Вернадский назвал «растеканием жизни». Размножаясь, организмы захватывают всю поверхность земли, и если какая-то часть остается безжизненной в короткий срок, вскоре ее населяют живые организмы. Этот признак биосферы ученый назвал «всеюдностью жизни». При этом он выделял участок с наиболее высокой концентрацией жизни — «слой живого вещества» или «пленка жизни». Эта область населена около 500 видами растений и животных и почти 1 млн видов бактерий.
3. Тесная связь живых организмов с неживыми веществами. Живые организмы и окружающая среда составляют единую целостную систему, части которой находятся в тесном взаимодействии. Живое вещество приспосабливается ко всем изменениям условий среды, меняя свою форму или функции, но не состав. При этом неживое вещество претерпевает множество изменений. К примеру, гранит, образованный под воздействием высоких температур и давления, после попадания на поверхность земли начнет адаптироваться к новым условиям. Но также во влажном климате он изменит свои свойства и станет другим веществом в химическом и физическом отношении.
4. Растекание жизни есть проявление ее геохимической энергии. Живое вещество распространяется по всей земной поверхности в результате работы, которую производит жизнь. Этот процесс заключается в переносе химических элементов и создании из них новых тел. При этом мелкие организмы размножаются намного быстрее крупных. Скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества.
5. Жизнь полностью определяется полем устойчивости зеленой растительности. Только зеленая часть живого вещества — растительность, содержащая хлорофилл — использует световой солнечный луч для создания химической энергии путем фотосинтеза. С этой зеленой частью неразрывно связан весь живой мир.

Состав и распределение биомассы на планете

Под термином “биомасса” (живое вещество) понимается все многообразие живых организмов, населяющих планету. Объемная доля каждого из царств (растения, животные, грибы, вирусы, бактерии) в общем количестве биомассы разная. Вес живого вещества подсчитывается по содержанию в нем углерода (основного элемента живой ткани) и измеряется в гигатоннах углерода (ГтС). После эмпирических подсчетов выяснилось, что самая значительная доля биомассы планеты приходится на:

• растения (450 ГтС);
• бактерии (70 ГтС);
• грибы (12 ГтС).

Суммарная же биомасса всего животного царства Земли (включая человека) составляет всего 2ГтС.

Значение теории Вернадского для науки в том, что это учение связывает все живое на планете в единую систему, каждый элемент которой влияет на все остальные. Человек, как мыслящее существо, обязан делать все для того, чтобы свести к минимуму свое негативное влияние на биосферу планеты.

Живое вещество и его роль в биосфере

Живое вещество – совокупность всех живых организмов, выраженная через массу, энергию и химический состав.

Живое вещество – основа биосферы, но составляет крайне незначительную её часть.

Высокая химическая активность и геологическая роль живого вещества, прежде всего, связано с тем, что живые организмы благодаря биологическим катализаторам (ферментам) совершают (по выражению академика Л. С. Берга) что-то невероятное с точки зрения физико-химических явлений; например они способные фиксировать в своём теле молекулярный азот атмосферы при обычных для природной среды значениях температуры и давления; в промышленных условиях связывание атмосферного азота до аммиака требует температуры порядка 500 градусов Цельсия и давления от 500 до 700 атмосфер.

В живых организмах на порядок или несколько порядков увеличиваются скорости химических реакций в процессе обмена веществ; в связи с этим Вернадский живое вещество назвал «чрезвычайно активизированной материей».

Свойства живого вещества

1. Способность быстро занимать (осваивать) всё свободное пространство.

2 Движение не только пассивное (под действием силы тяжести, гравитационных сил), но и активное

3. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти, сохраняя при этом высокую физико-химическую активность

4. Высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям; в связи с этим наблюдается освоение не только всех сред жизни, но и крайне трудных по физико-химическим параметрам условий

5. Феноменально высокая скорость протеканий реакций; она в сотни и в тысячи раз выше, чем в неживом веществе

6. Высокая скорость обновления живого вещества

Все перечисленные свойства живого вещества обуславливаются концентрацией в нём больших запасов энергии; согласно Вернадскому по энергетической насыщенности с живым веществом может соперничать только лава, образующаяся при извержении вулканов.

Функции живого вещества на основе классификации А. В. Лаппо (1987)

1. Энергетическая – связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей её по цепям питания, рассеиванием; одна из важнейших функций

2. Газовая – способность изменять и поддерживать определённый газовый состав среды обитания и атмосферы в целом, в частности включение углерода в процессы фотосинтеза, а затем – в цепи питания обуславливала аккумуляцию его в биогенном веществе;

3. Окислительно-восстановительная – связана с интенсификацией под влиянием живого вещества как процессов окисления (благодаря обогащению среды кислородом), так и восстановления (разложение органических веществ при недостатке кислорода)

4. Концентрационная – способность организмов концентрировать в своём теле рассеянные химические элементы, повышая их содержание по сравнению с окружающей средой на несколько порядков

5. Деструктивная – разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как самих остатков органического вещества, так и костных веществ; основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ

6. Транспортная – перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов

7. Средообразующая – является интегративной (т. е. как результат совместного действия других функций); в ней связана преобразование физико-химических параметров среды

8. Рассеивающая – проявляется через трофическую (питательную) и транспортную деятельность организма (например рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов, разного рода перемещения в пространстве, смене покровов

9. Информационная – живые организмы и их сообщества накапливают определённую информацию, закрепляют её в наследственных структурах и затем передают последующим поколениям – одно из проявлений адаптационных механизмов

В обобщённом виде роль живого вещества сформулирована геохимиком А. Н. Перельманом в виде «Закона биогенной миграции атомов»: миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества, или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом…

В соответствии с этим законом понимание процессов, протекающих в биосфере невозможно без учёта биотических и биогенных факторов. Воздействуя на живое население Земли люди тем самым изменяют условия миграции атомов и, как следствие, воздействую на основополагающие геологические процессы.

Охрана биосферы. Красная книга

Человек и биосфера неотделимы друг от друга. Функции биосферы обеспечивают человека необходимыми для жизни веществами и энергией. Человек заботится о биосфере: проявляет заботу о ее жителях, охраняет среду их обитания. Сейчас вопросы охраны биосферы волнует всех людей на Земле.

Международное сотрудничество по охране биосферы проявляется в создании таких организаций, как Гринпис, Общества по охране природы, Всемирного фонда охраны природы и других. Ученые обнаруживают виды и группировки организмов, которым угрожает опасность, выясняют, сколько их осталось в природе и где, разрабатывают мероприятия по охране окружающей среды. В 1948 при ООН была создана Комиссия по охране видов растений и животных, которые исчезают, а впоследствии — Международная Красная книга, в которую вошли данные о живых существах, которые оказались на грани вымирания.

В России первую Красную книгу выпустили в 1983 г. — это был том «Животные», а в 1988 г. к нему добавился том «Растения». Позже книга была переиздана в 2001 и в 2017 гг., каждый раз дополняясь. В Красную книгу занесено 8 видов земноводных, 21 вид пресмыкающихся, 128 видов птиц и 74 вида млекопитающих, всего вместе с беспозвоночными животными — 434 вида. Красная книга является государственным документом, который содержит сведения об исчезающих видах растений, животных, грибов и советы по приумножению их популяции.

Важный шаг на пути защиты и спасения природы — выделение территорий, где растения и животные сохраняются в неприкосновенности. Это создание заповедников, заказников, национальных парков. Сегодня в мире существует около 350 биосферных заповедников, 37 из которых расположены в России, крупнейшие это: Алтайский государственный природный биосферный заповедник, Кавказский государственный биосферный заповедник, Байкальский заповедник, Баргузинский заповедник, Брянский лес — государственный природный биосферный заповедник.

Заповедники — это территории, на которых запрещена любая хозяйственная деятельность человека; в них охраняются не только живые организмы, но и условия их существования.

Национальные природные парки — территории, которые охраняет государство, но здесь разрешен организованный туризм и учебные экскурсии.

Заказники — территории, на которых охраняются определенные виды животных и растений. Они создаются на определенный срок, пока не исчезнет угроза для организмов, взятых под охрану.

Образование в области окружающей среды рассматривается ныне педагогической общественностью как непрерывный процесс, охватывающий все возрастные, социальные и профессиональные группы населения. Однако ее центральным звеном является школа, так как именно в школьные годы формирования личности происходит наиболее интенсивно.

Положительное влияние

Некоторые считают, что люди не оказывают благоприятного воздействия на биосферу, но это не так. Несмотря на заметное истощение природных ресурсов, можно отметить несколько положительных моментов:

• Искусственные насаждения помогают улучшить состояние экосистемы. Озеленение территорий даёт возможность очистить воздух от пыли и грязи, а также улучшить показатели качества биосферы.
• Люди создают удобрения и средства, которые помогают сделать почву участка снова плодородной. Восстановление качества грунта даёт возможность сохранить территории с растительностью, которые ещё не были затронуты обществом.
• Выведение и разведение новых видов животных помогает восполнить исчезающие разновидности. Также человек вывел немало сортов растений, которые характеризуются ускоренным ростом, лучшим качеством и самоопылением. Это позволяет быстрее восполнить потери лесных площадей.
• Медицину тоже можно назвать положительным фактором, хотя её редко считают плюсом. Сегодня люди создают лекарства не только для себя, но и для животных и растений. Так люди берут и возвращают взятые у природы дары.
• Безотходные технологии предусматривают не только использование самих ресурсов, но и получение иной выгоды от остатков сырья. Такие мероприятия способствуют меньшему загрязнению биосферы. На некоторых производственных предприятиях применяют замкнутый цикл без сброса сточных вод и выброса вредных веществ в атмосферу.

Несмотря на эти нюансы, положительного воздействия общества на биосферу очень мало. Сознательно человек совершает мало мероприятий, которые способствуют улучшению экологической ситуации. Быстрое уменьшение объёма ресурсов планеты обусловлено увеличением населения.

Функции биосферы

Живое вещество биосферы выполняет несколько важных функций:

1. Газовая функция состоит в том, что живые организмы способны влиять на газовый состав атмосферы, Мирового океана и почвы. Все аэробные организмы поглощают во время дыхания кислород, а выделяют углекислый газ. В процессе фотосинтеза растениями и некоторыми бактериями происходит поглощение углекислого газа и выделение кислорода.
2. Окислительно-восстановительная функция заключается в том, что с помощью живых организмов происходят окислительно-восстановительные реакции в почве, воде, воздухе.
3. Концентрационная функция состоит в том, что живые организмы поглощают определенные вещества из окружающей среды и постепенно накапливают их в своих организмах. Например, фораминиферы, моллюски, десятиногие раки накапливают в своих организмах соединения кальция и фосфора, бурые водоросли – йода.