Роль живых организмов в формировании и эволюции биосферы биогеохимический круговорот кратко

Обновлено: 07.07.2024

Биологический круговорот и превращение энергии в биосфере, роль в нем организмов разных царств

Наша планета окружена тремя оболочками. Круговорот веществ – это многократное участие веществ в процессах, протекающих в различных оболочках Земли.

Этот процесс - явление непрерывное, циклическое. Круговорот веществ сопровождается превращением, потерями, закономерными перераспределениями органических и неорганических веществ.

В процессе круговорота образуется живое вещество из неорганических соединений, впоследствии органика распадается на неорганические компоненты.

Круговорот веществ в биосфере происходит при участии живых организмов, которые преобразуют и передают энергию по пищевой цепочке. Биологический круговорот осуществляется по трофическим цепям (сетям) экосистемы и подчиняется закону Линдемана. В этом круговороте участие принимают все химические элементы, из них выделяют самые необходимые:

Углерод. Основным его источником является углекислота. Именно она необходима для его переработки в органическое вещество. В процессе фотосинтеза, поглощенная зелеными растениями углекислота перерабатывается в сахар, а благодаря другим процессам биосинтеза преобразуется в липиды, протеиды и тому подобное. Именно эти вещества являются источником питания для растений.
Азот. В атмосфере содержится около 78% азота, однако он находится в том состоянии, в котором не может использоваться большинством живых организмов. Для того чтобы, организмы смогли им воспользоваться, азот должен быть зафиксирован в виде химических соединений. Фиксация протекает при вулканической активности, грозовых разрядах или же сгорании метеоритов, но основная фиксация происходит за счет микроорганизмов, обитающих на корнях высших растений, реже на листьях.
Кислород. Главная составляющая живой природы. В тканях живых организмов содержится около 62,8% кислорода и 19%углерода. Круговорот кислорода усложняется тем фактором, что он может образовывать большое количество различных химических соединений. При определенном содержании кислорода, он может быть губителен для клеток аэробных организмов. Луи Пастер доказал, что ни один анаэробный организм не выживет при концентрации кислорода превышающей 1%. Круговорот этого вещества происходит между живыми организмами и атмосферой. Процесс продуцирования и выделения кислорода растениями при фотосинтезе противоположен процессу потребления и выделения углекислого газа при дыхании.

Эволюция биосферы

Биосфера - это весьма сложный комплекс, состоящий из массы элементов, взаимодействующих друг с другом на протяжении миллиардов лет. В планетарной биосфере различают материковую и океаническую биосферы, отличающиеся биологическими, физическими и другими условиями. Целостный характер биосферы определяется совокупностью живого вещества планеты.

В состав биологической оболочки входят лишь самые нижние слои атмосферы. Жизнь в них не может протекать без связи с литосферой и гидросферой. Распространение жизни в атмосфере ограничивается тропосферой.

Основные изменения биосфера претерпела с момента появления человека. Протяженности биосферы составляет порядка 3000 км, теоретически ее размеры могут быть более протяженными.

Возникновение жизни, согласно одной из теорий, происходило в условиях первобытной Земли, под воздействием специфических физико-химических процессов. Проблема происхождения жизни является одним из актуальных вопросов. Снижение температуры способствовало формированию водной оболочки планеты.

Эволюция Земли включает 4 этапа.

В ходе первого этапа происходило формирование земной коры, атмосферы и гидросферы. Возник первичный круговорот веществ. Первичная атмосфера состояла из метана, аммиака, пара, углекислого газа, сероводорода, практически не содержала кислорода и озона.
Второй этап - химическая эволюция, в ходе которой происходили процессы синтеза и накопления простых органических соединений.
Третий этап – возникновение жизни. Ему предшествовало появление первоначальных белковых молекул, из которых, впоследствии строились микроскопические живые организмы. Завоевание суши организмами привело к резкому росту биомассы живой материи.
Появление человека и преобразование его в биосоциальное существо, изменяющее биосферу.

Возникновению жизни предшествовало накопление в Мировом океане органических веществ, образованных без участия живых организмов. Продуценты синтезировали органические вещества из неорганических молекул.

Появление фотосинтезирующих растений привело к формированию кислородной атмосферы. Органическое вещество стало служить пищей гетеротрофным организмам.

В силурийском периоде палеозойской эры живые организмы начали осваивать сушу. Каждый возникающий вид, занимал определенную нишу в биосфере. Ограничивали область распространения жизни слишком высокие или низкие температуры.

Увеличение численности населения может в ближайшее время привести к обострению продовольственной проблемы. Человек вышел за пределы возможностей биосферы и активно преобразовывает ее.

В настоящее время, ученые сделали возможной количественную оценку степени воздействия эволюции на строение биосферы, ее массу и продуктивность.

С появлением человека, как биосоциального существа, возникла ноосфера, которая не может быть охвачена ни одной естественной наукой, здесь имеет место взаимодействие естественных и общественных наук.

Разумная деятельность человека стала главным фактором, обусловливающим развитие современной биосферы.

Роль живых организмов в формировании и эволюции биосферы

Основное внимание в учении о биосфере

Роль живого вещества в биосфере

В. И. Вернадский сравнивал массовые миграции животных, например стаи саранчи, по масштабам переноса химических элементов с перемещением целого горного массива

В. И. Вернадский сравнивал массовые миграции животных, например стаи саранчи, по масштабам переноса химических элементов с перемещением целого горного массива. В живой природе обнаружено около 90 химических элементов, т. е. большая часть всех известных на сегодняшний день. Нет никаких специальных элементов, характерных только для живых организмов, поэтому за всю историю существования биосферы атомы большинства элементов, входящих в ее состав, неоднократно прошли через тела живых организмов.

Биогеохимический круговорот веществ в биосфере

Определение круговорота веществ и его виды

Круговорот веществ в природе -повторяющийся циклический процесс превращения и перемещения отдельных химических элементов и их соединений
Классификации:
1) Вызываемые солнечной энергией:
-большой (биогеохимический) - в пределах биосферы;
-малый (биотический) - в пределах элементарных экологических систем.

Определение круговорота веществ и его виды

Круговорот веществ в природе -повторяющийся циклический процесс превращения и перемещения отдельных химических элементов и их соединений
Классификации:
2) По типу вещества в круговороте: -круговорот воды
-круговорот элементов преимущественно в газовой фазе (кислорода, углерода, азота и др.);
-круговорот элементов преимущественно в твёрдой и жидкой фазах (фосфора и др.).

Круговорот воды Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) — процесс циклического перемещения воды в земной биосфере

Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) — процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Состоит из испарения воды, переноса паров воздушными течениями, их конденсации, выпадения в виде осадков (дождь, снег и т. д.) и переноса воды реками и другими водоёмами.

Круговорот углерода Круговорот углерода начинается с процесса фотосинтеза, в результате которого углерод углекислого газа превращается в глюкозу, из которой в дальнейшем образуются все остальные вещества,…

Круговорот углерода начинается с процесса фотосинтеза, в результате которого углерод углекислого газа превращается в глюкозу, из которой в дальнейшем образуются все остальные вещества, входящие в состав живых организмов. Растения поедаются животными, в результате углерод перемещается в тела консументов. В процессе дыхания они выделяют углерод в форме углекислого газа, т. е. круг замыкается. Мертвые тела животных и растений и продукты их выделения служат пищей для редуцентов, которые завершают цикл, окисляя всю органику до углекислого газа.

Круговорот азота В атмосфере содержится много азота (71 %) в форме молекулярного азота

В атмосфере содержится много азота (71 %) в форме молекулярного азота . Он недоступен для большинства живых организмов. Только некоторые виды прокариот (клубеньковые бактерии, почвенные бактерии родов азотобактер и клостридиум, цианобактерии) могут превращать в ионы аммония. В дальнейшем этот азот включается в аминокислоты и белки. После гибели этих организмов органические соединения азота снова превращают аммиак.

Круговорот фосфора В круговороте фосфора отсутствует газовая фаза

В круговороте фосфора отсутствует газовая фаза.
Фосфор в природе в больших количествах содержится в фосфоритах и апатитах и попадает в наземные экосистемы в процессе их разрушения. Растения поглощают фосфор в виде растворимых фосфатов из водного или почвенного раствора и включают его в состав органических соединений
В организмах позвоночных фосфор входит в состав костной ткани, дентина.
Организмы-редуценты минерализуют органические вещества мертвых организмов, содержащие фосфор, в неорганические фосфаты, которые вновь могут быть использованы растениями.

Круговорот серы Круговорот серы также тесно связан с живым веществом

Круговорот серы также тесно связан с живым веществом. Сера в виде, и элементарной серы выбрасывается вулканами в атмосферу. С другой стороны, в природе в большом количестве известны различные сульфиды металлов: железа, свинца, цинка и др.
В организмах сера входит в состав аминокислот и белков, а у растений, кроме того, в состав эфирных масел и т. д. При разрушении белков при участии микроорганизмов образуется сероводород. Далее сероводород окисляется либо до элементарной серы, либо до сульфатов. В этом процессе участвуют разнообразные микроорганизмы, создающие многочисленные промежуточные соединения серы.

Совместная деятельность живых организмов в течение многих лет создавала, а в дальнейшем поддерживала определенные условия, необходимые для существования жизни, т

Формирование жизни началось примерно 3,8 млрд. лет назад. Развитие и усложнение жизни на Земле называют эволюцией биосферы.

Биосфера

Условная оболочка Земли, населённая живыми организмами, называется биосферой.
Живая оболочка охватывает:

Учение о биосфере создал советский естествоиспытатель Владимир Иванович Вернадский. Он считал, что живые организмы являются главной преобразующей силой Земли.

По Вернадскому биосфера включает несколько видов веществ:

живое – совокупность всех живых организмов планеты (бактерии, растения, животные, грибы);
косное – продукты, образованные без участия живого вещества (минералы, горные породы);
биокостное – вещество, образующееся при совместной деятельности живого и костного веществ (почва, ил, верхняя часть литосферы);
биогенное – вещество, создаваемое и перерабатываемое живым веществом (каменный уголь, газы, нефть);
радиоактивное – атомы радиоактивных веществ (уран, торий, радий);
рассеянное – свободные атомы различных веществ (цинк, медь, ртуть);
космическое – вещество, попадающее на Землю из космоса с помощью метеоритов и космической пыли.

Рис. 2. Состав биосферы.

Важно понять, какова роль живого вещества в эволюции биосферы. Вернадский считал, что живое вещество способно влиять на неживые оболочки Земли. Именно под действием живых организмов изменяется климат, атмосфера, геологические слои. Кроме того, живое вещество активно участвует в круговороте веществ в природе.

Этапы развития

Жизнь распределена по всей поверхности Земли. Установлено, что в атмосфере обитает несколько миллионов различных микроорганизмов. Самая глубоководная рыба обитает на глубине более 6000 метров. Однако так было не всегда, и зарождению жизни предшествовали глобальные изменения в атмосфере и твёрдой поверхности Земли.

Поэтапное развитие биосферы по В. И. Вернадскому представлено в таблице.

которые читают вместе с этой

Этапы

Движущий фактор

События

Геохимические и климатические изменения

Усложнение форм, появление эукариот и многоклеточных организмов

Становление общества, переход биосферы в ноосферу (взаимодействие человечества и природы)

Первый и второй этапы непосредственно связаны с биосферой и объединяются в стадию биогенеза. В широком смысле биогенез означает появление жизни из живой материи. Третий этап выделяют отдельно в ноогенез – эволюцию разума. Вернадский считал, что ноосфера – видоизменённая человеческой деятельностью биосфера.

Зарождение жизни

Говоря кратко о физико-химической эволюции в развитии биосферы, следует выделить несколько стадий:

зарождение Солнечной системы как протопланетного (газового) облака;
появление Солнца в результате взрыва сверхновой;
формирование холодной Протоземли и других планет под действием гравитации Солнца;
рост Земли и образование земной коры;
формирование атмосферы за счёт разогревания поверхности Земли и выхода газов наружу (бескислородная атмосфера);
появление Мирового океана в результате соединения углекислоты и водорода.

Зарождению жизни предшествовали сложные химические реакции и физические процессы, происходящие в атмосфере и Мировом океане.

Первыми живыми существами на Земле были анаэробные гетеротрофные прокариоты. В ходе естественного отбора появились хемосинтезирующие и фотосинтезирующие бактерии, а затем – водоросли. В результате фотосинтеза атмосфера стала насыщаться кислородом, что способствовало появлению аэробных организмов.

Что мы узнали?

Из урока биологии 9 класса, посвящённому теме зарождению жизни на Земле, узнали о понятии биосферы и учении В.И. Вернадского. Естествоиспытатель выделил вещества, составляющие биосферу, а также стадии зарождения жизни на Земле. Значительную роль в появлении живых организмов сыграли физические явления и химические реакции, происходящие в период становления Земли.

Деятельность живых организмов является основой, обеспечивающей круговорот вещества в природе.

Деятельность живых организмов является основой, обеспечивающей круговорот вещества в природе. Ежегодная продукция живого вещества в биосфере составляет около 232 млрд. тонн сухого органического вещества. Оно постоянно преобразуется, разлагается, поставляя вещества и энергию, необходимые для обмена вещества всех живых организмов.

В биосфере живое вещество выполняет ряд важнейших функций: газовую, окислительно-восстановительную, концентрационную.

Газовая функция состоит в выделении и поглощении газов живыми организмами. Благодаря их деятельности около 2 млрд. лет назад в атмосфере Земли началось накопление свободного О₂, а затем сформировался озоновый экран. Современный газовый состав атмосферы поддерживают зеленые растения в результате дыхания и фотосинтеза. При гниении органических веществ в атмосфере выделяется аммиак и сероводород. Определенные группы бактерий утилизируют эти вредные для других организмов газы и переводят их в соединения, которые усваиваются растениями.

Окислительно-восстановительные функции тесно связаны с газовой функцией. Превращение вещества и энергии в живых организмах представляет собой цепь окислительно-восстановительных реакций: это процессы фотосинтеза, хемосинтеза, дыхания. Образование органических веществ у автотрофов и их разложение в процессе дыхания замыкается на газообмене между организмами и окружающей средой. Тоже самое относится к обмену веществ у гетеротрофов.

Концентрационная функция живого заключаются в способности живых организмов накапливать в своих телах различные химические элементы в виде органических и неорганических соединений. Например, железобактерии накапливают из среды обитания железо; фораминиферы, кишечнополостные, моллюски – Ca; радиолярии, хвощи – кремний; губки – йод. Содержание некоторых элементов в телах живых организмов во много раз превышает их содержание в земной коре. В растениях углерода содержится в 200 раз, а азота в 30 раз больше чем в земной коре. Живые организмы обеспечивают интенсивную миграцию элементов (железо, марганца, серы, фосфора и других). В результате деятельности живого вещества на Земле образовались залежи органоминерального топлива и почвы.

Круговорот химических элементов в биосфере представляет собой процессы превращения и перемещения вещества в природе. По своей природе это повторяющиеся, взаимосвязанные физико-химические и биологические процессы.

Читайте также: