Особенности распределения биомассы на земле кратко

Обновлено: 05.07.2024

Состав и распределение биосферы по массе, довольно интересный и значимый вопрос в биологии. Хотя и точная перепись всех живых организмов на Земле невозможна в буквальном смысле. Трудно себе представить информацию, по типу: знакомьтесь это бактерия Алиса 43 на 10 в 30 степени, живёт в болоте под Усть-Каменогорском, простите, пока делали перепись Алиса померла, оставив 23 млрд потомков. Однако учёным удалось определить биомассу царств живых организмов на планете, а также определить какое влияние на её распределение оказал человек. Хоть о суперточности говорить пока рано, но инфографика очень интересная.

Результаты

Подсчёты производились в гигатоннах углерода, потому как соединения углерода являются основой для всего живого и составляет около 17,5% в составе животных и растений, при этом, эта масса не зависит от содержания в них воды. 1 Гт C равна 10 в 15 степени грамм углерода. По подсчётам учёных биомасса всех царств жизни на планете составляет 550 Гт углерода. Львиная доля биомассы это растения, около 450 Гт С, затем идут бактерии 70 Гт С, грибы 12 Гт С, археи 7 Гт С, протисты 4 Гт С, животные 2 Гт С и вирусы 0,2 Гт С.

Также учёные отмечают, что в морской биомассе, в отличие от наземной, содержится больше потребителей, чем производителей. Здесь имеется ввиду пищевая структура сообщества, которая делится на консументов, продуцентов и редуцентов. Продуценты - это организмы создающие органические вещества из неорганических, как к примеру, фотосинтез. Консументы потребляют продукты продуцентов, но не разлагают их до неорганических, как редуценты. А редуценты это бактерии и грибы, которые разлагают останки живых существ до простейших или неорганических веществ. Кстати погрешность при подсчёте бактерий в полученных результатах довольно большая.

Стоит отметить и то, что по полученным данным подземная биомасса оказалась меньше надземной, вопреки многим утверждениям учёных. Что вполне объяснимо некоторыми пробелами в наших знаниях на данный момент, особенно в подземном мире. А вот масса листьев в 6,5 раз меньше чем вся масса корней. Растительная биомасса включает ≈70% стеблей и стволов деревьев, которые в основном метаболически инертны.

На следующей диаграмме представлены усреднённые данные по царству животных. Больше всех по углеродной массе морские членистоногие 1 Гт С, затем идут рыбы 0,7 Гт С, далее моллюски, нематоды или круглые черви и наземные членистоногие по 0,2 Гт С. Хотя наземные членистоногие и значительно больше представлены в видовом плане, чем морские их масса в 5 раз меньше.

У морских членистоногих есть отдельные виды, как к примеру, арктический криль, масса которого всего в 4 раза меньше чем всех наземных членистоногих. Этот вид криля можно поставить в один ряд с термитами, чья масса составляет также 0,05 Гт С, чуть меньше чем у людей. Далее идут стрекающие - это водные многоклеточные обитатели, обладающие стрекающими клетками для охоты и защиты, их масса составляет 0,1 Гт С. Столько же составляет масса всего домашнего скота на планете, который состоит в основном из крупного рогатого скота и свиней. А вот люди занимают всего 0,06 Гт С, что почти в двое меньше скота и в 11,6 раз меньше чем рыб. Однако людей по углеродной массе в 8,5 раз больше чем всех диких млекопитающих и в 30 раз больше чем диких птиц. А домашних птиц, среди которых преобладают цыплята, в 2,5 раза больше всех диких.

Влияние человечества на биосферу.

За относительно небольшой исторический период человеческой деятельности, в биосфере земли произошли значительные изменения. Это в основном связано с одомашниванием животных, распространением земледелия и промышленной революцией. Вследствие чего резко увеличилась численность населения, но общая растительная биомасса планеты сократилась почти вдвое по сравнению со временем до развития цивилизации. А учитывая высокую долю этой биомассы в целом на земле, то можно смело сказать, что человечество почти вдвое сократило биомассу Земли.

Параллельно со снижением диких наземных и морских млекопитающих в 6 раз, общая численность млекопитающих выросла более чем в 4 раза, в основном за счёт численности населения и развития скотоводства. А вот дикие животные сократились более чем в 6.5 раз, особенно в период от 50 до 3 тысяч лет назад, когда почти половина крупной мегафауны планеты была съедена. Даже среди позвоночных, если не считать рыб, люди и скот превышают всех остальных. Также, более чем в два раза сократилась масса промысловых видов рыб, а в целом, во всех категориях рыб их масса сократилась, примерно на 0,1 Гт С. Стоит отметить, что если с выращиванием биомассы в животноводстве люди преуспели, по сравнению с другими животными, то в сельском хозяйстве цифры хоть и внушительные, но относительно общей биомассы растений, незначительные, всего 10 Гт С, что составляет около 2%.

Распределение биомассы по средам и режимам питания для отдельных организмов.

Изучая распределение биомассы на Земле, как видно из диаграмм, можно заметить существенные различия между наземной и морской средой. Хоть мировой океан занимает 70,8% поверхности планеты, земная биомасса в 78 раз больше. Что не удивительно, потому как основная составляющая биомассы, это растения, а в океанах их менее 1 Гт С.

Однако несмотря на большую разницу в содержании биомассы в наземных и морских средах, первичная производительность двух сред примерно одинакова. А для большей части биомассы животных домом является морская среда. А для бактерий и архей, больше подходит глубокая подповерхностная.

Но при оценке распределения биомассы учёные напоминают, что для точной оценки наземных простейших, некоторых видов грибов и обитателей глубинных подповерхностных сред, как на суше, так и в океане, очень мало данных.

А при анализе распределения организмов, которые занимают различные положения в общей цепочке питания, можно отметить, что биомасса первичных производителей на суше намного больше, чем первичных и вторичных потребителей. А вот в океане совсем другая картина, там всего ≈1 Гт первичных производителей поддерживает жизнь ≈5 Гт С биомассы потребителей.

Но такая картина распределения биомассы происходит из-за того, что первичные производители имеют значительно небольшой период жизни, на уровне дней и быстро размножаются, в отличие от потребителей, которые живут и набирают массу значительно медленнее, в пределах нескольких лет. Поэтому постоянный запас потребителей больше, при этом плодовитость производителей компенсирует этот перекос в экосистеме. Однако стоит отметить, что в некоторых отдельно взятых уголках планеты пищевая цепочка может выглядеть иначе, но никак не влиять на глобальный баланс потребителей и производителей на планете.

Чтобы было более понятно, помимо вышесказанного, то положение, которое занимают организмы в общей цепочке питания, называется трофическим уровнем и делится по номерам:

Первый трофический уровень — это в основном зелёные растения, называемые продуцентами.

Второй уровень - это первичные консументы, то есть организмы потребляющие продукты первого уровня, как к примеру, травоядные животные.

Третий трофический уровень, так называемый уровень вторичных консументов который занимают хищники, поедающие животных второго уровня.

Четвёртый уровень занимают вторичные хищники.

Уровней может быть гораздо больше, потому как учитываются и падальщики, и насекомые, каждый из которых занимает своё положение в пищевой цепочке.

Неопределенность

Неопределённость, на подобие погрешности, в расчётах довольно велика, особенно при подсчёте вирусов, архей и бактерий. Однако при подсчёте растений погрешность невелика и сопоставима с разными источниками, это достигнуто в основном за счёт отчётов каждого государства и проверочных измерений которые проводятся в полевых условиях при поддержке спутниковой и аэрофотосъемки.

Характерный случай неопределённости отмечен у морских бактерий и архей, где концентрация клеток варьируется не только по глубине. И для каждого диапазона глубин рассчитывается средняя концентрация клеток и общее количество морских прокариот оценивается путем умножения на объем воды в каждом диапазоне глубин. А далее общее количество клеток преобразуется в биомассу с использованием характерного содержания углерода на каждую клетку. Также в случаях с земными членистоногими и протистами, очень трудно на данный момент всех подсчитать, даже генетики пока точно не могут спрогнозировать, в отличие от некоторых случаев, когда при помощи оценки вариаций генетического разнообразия можно определить размер популяций.

Но всё же стоит выразить благодарность учёным, которые делают конкретные шаги в этом направлении. Очень наглядные получаются графики, позволяющие лучше понять устройство биосферы, и оценить степень нашего влияния на неё. К тому же учёные обещают усовершенствовать методики подсчётов и их точность.

Биосферой называют оболочку земли, в которой обитают все живые организмы. В её состав входят воздух, земля и вода, то есть атмосфера, литосфера и гидросфера. Не так давно была установлена нижняя граница биосферы - три километра вглубь почвы и два километра ниже дна океана. Верхние кордоны атмосферы определить с такой точностью нельзя, они равняются 20-35км.

Биосферу можно также назвать глобальной экосистемой. Важной ее составляющей является, так называемая, сложная система круговорота между организмами и сложными химическими веществами. Одним из основополагающих процессов в глобальной экосистеме можно смело считать фотосинтез. Также, к основным процессам относятся трофические связи организмов, находящихся в одной пищевой цепи.

В живую оболочку Земли, кроме растений, микроорганизмов, животных, входят продукты жизнедеятельности организмов, такие как, уголь, нефть.

Останки живых организмов, осадочные породы также составляют часть биосферы.

Если из данной экосистемы изъять, к примеру, воздух или воду, то вся система рушится. Это, в конечном итоге, может пагубно отразится на всей системе и вывести ее из гармонии. Строение органических веществ соответствует среде обитания, а их разнообразие говорит о многообразии пространств, в которых живут те или иные организмы.

Последние годы человечество только этим и занимается. Люди обедняют и осушают почву, уничтожают леса, истребляют животных, загрязняют воздух и воду. Тем самым нанося непоправимый вред биосфере и самим себе в частности.

Существование экосистем предполагает обмен энергетическими потоками, первым звеном в котором являются автотрофные организмы, продуцирующие органику.

Живая оболочка планеты является саморегулируемой системой, обладающей свойствами саморегуляции.

Разнообразие видов, форм жизни обуславливает стабильность и устойчивость жизненной сферы. Окружающая среда наносит отпечаток на внешний вид, строение организмов, которые проявляются в различных адаптациях, приспособлениях, ответных реакциях.

Жизнь кишит везде, все ее элементы связаны, влияют друг на друга и на природу в целом. В атмосфере живет множество животных и микроорганизмов, которые передвигаются активным или пассивным способом.

Грибные и бактериальные споры были найдены на высоте 20—22 км.

Учение В.И. Вернадского о биосфере

Ученый выдвинул теорию о том, что границы биосферы обусловлены пространством существования живых организмов. В трудах В.И. Вернадского говорится о взаимосвязи живых организмов с неживой средой. Одним их этапов эволюции биосферы Вернадский считал её преобразование в стадию ноосферы, он доказал, что организмы являются определяющими в жизненной силе Земли.
Организмы и продукты их жизнедеятельности разрушали горные породы, способствовали вымыванию одних веществ и накоплению других.
Постоянное образование живого вещества с дальнейшей его трансформацией — функция биосферы.

Функции живого вещества по учению Вернадского:

В.И. Вернадский смог выделить несколько основных функций биосферы. А именно:

Особенностью живого вещества является то, что компоненты, входящие в его состав проявляют устойчивость исключительно в живых организмах.

Структура биосферы

Согласно учению Вернадского биосфера являет собой организованную сферу планеты, которая находится в контакте с живыми организмами.

В.И. Вернадский в составе биосферы выделял такие элементы:

Живым веществом ученый считал всю совокупность организмов, живущих на Земле. В своих трудах ученый подчеркивал, что геохимическое состояние земной коры находится под влиянием живых организмов, определяется их деятельностью. Он выделял пять функций биологической сферы земли. По его учению, биосфера состоит из разнородных компонентов, важнейшим из которых есть живое вещество.
К косному веществу ученый причислял химические соединения, в образовании которых живые организмы не принимали участия.
Неживое биогенное вещество – это продукты жизнедеятельности организмов, которые разрушали горные породы, способствовали вымыванию одних веществ и накоплению других.
Биокосное вещество являет собой продукт совместной работы живой и неживой природы, например грунт, глинозем.

В.И. Вернадский подчеркивал, что история возникновения и эволюция биосферы - это история возникновения жизни на Земле. Длительное время эта концепция биосферы В. И. Вернадского замалчивалась.

Живое вещество, его функции

Как известно, источником биохимической активности живых организмов является солнечная энергия, без которой не сможет произойти такой важный процесс как фотосинтез.

С самого своего появления жизнь не стоит на месте, а постоянно развивается. Тем самым, влияя на окружающую среду и, в определенной мере, изменяя ее.

Исходя из этого, можно с полной уверенностью сказать, что эволюционный процесс экосистемы и всей органической жизни проходит параллельно.

Жизнь на нашей планете появилась около четырех миллиардов лет назад, с этого самого момента на Земле и сформировалась биосфера. Огромный вклад в образование биосферы внесли цианобактерии. Они первыми освоили кислородный фотосинтез. Других претендентов на производство атмосферы не существовало в мире прокариотов.

Живая оболочка Земли — это не только сфера, в которой находится все живое, но и совместный результат деятельности организмов. Вещество и биосфера неразделимы. Биосферный уровень включает в себя все живое вещество планеты.

Геологический круговорот веществ происходит в течение многих тысяч и миллионов лет. В процессе круговорота образуется живое вещество из неорганических соединений, впоследствии органика распадается на неорганические компоненты.

Важнейшим результатом биогеохимических преобразований органического вещества можно считать кислородную революцию. Огромный вклад в это биогеохимическое изменение внесли древнейшие организмы - цианобактерии. Именно они явились родоначальниками фотосинтеза, в результате которого выделялся кислород, изменивший до неузнаваемости облик нашей планеты.

Особенности распределения биомассы на Земле

Состав и распределение биосферы – один из интереснейших вопросов в биологии.

Биогенные вещества - созданные в процессе жизнедеятельности организмов соединения, например, природный газ, нефть, известняк.

Изучение биомассы крайне важно для понимания климатических сдвигов, путей передачи и трансформации углерода и других элементов.
Разнообразие живых и неживых организмов, взаимодействующих между собой, обменивающихся веществами, называется экосистемой. Приспособленность видов к условиям существования происходит непрерывно.
Биосфера имеет четкую структурную организацию и является глобальной экосистемой планеты. В.И. Вернадский создал учение о роли живых организмов, о воздействии живого на преобразование земной коры. Состав биосферы и свойства зависят от взаимодействия её биотического и абиотического компонентов.
Основной объем массы живой материи приходится на растительный мир, он составляет 80% от биомассы планеты. На втором месте, после растений, идут бактерии. Ученые, с использованием углеродного метода, определили, что все живые организмы содержат суммарно 550 миллиардов тонн углерода.
Биомасса суши составляет почти 99,9%. Это объясняется большой массой продуцентов на поверхности Земли.
Наибольшая плотность жизни отмечается в тех зонах, где виды специфически приспособились к совместному существованию.
К структурообразующим факторам биосферы относят свет, как условия формирования и усовершенствования жизни. Под воздействием микроорганизмов, растений и животных сформировался почвенный слой.
В почве обитает больше редуцентов. К ним относятся бактерии и грибы, которые разлагают останки живых существ до неорганических веществ. В почве происходит особый газообмен. Ночью, при охлаждении и сжатии газов, в неё проникает некоторое количество воздуха, его поглощают и перерабатывают почвенные организмы.
Почвенные микроорганизмы играют важную роль в круговороте веществ, в почвообразовании и формировании плодородного слоя. Большая биомасса почвы, в сочетании с высоким видовым разнообразием, обеспечивает сложность экосистем.
Почвенные организмы включают в круговорот веществ биосферы важнейшие химические соединения.
В морской биомассе содержится больше консументов, чем продуцентов. В состав океанической и морской воды входят минеральные соли. Микроорганизмы, живущие в океанических термальных источниках, являются хемотрофами, основными продуцентами океанического дна.
Несмотря на многообразие водных обитателей, их можно поделить на 3 группы, с учетом мест обитания в воде. Между каждой группой организмов существуют тесные связи, они обмениваются веществом и энергией. В современном мире воздействие человека на биомассу океана огромно.
Бентосные организмы в океане живут на дне и в грунте. Фитобентос: зеленые, бурые, красные водоросли встречаются на глубине до 200 м. Зообентос представлен животными.
Воздушная среда характеризуется значительным количеством кислорода, солнечной энергии, но в ней, зачастую, не хватает влаги. Поэтому, обитатели засушливых мест имеют специальные приспособления для добычи, запасания и экономной траты драгоценной влаги. Разнообразие этой среды представлено разнообразием жизни в ней.
Каждому наземному биогеоценозу присущи свои черты. Так, в экваториальных биоценозах сильно развита конкуренция за обладание местом обитания, пищей, светом и кислородом.

В современном мире огромное влияние на биомассу оказывает человек. Сокращаются площади, производящие живую массу.

Первое определение. Биосфера – это населенная часть геологической оболочки Земли.

Второе определение. Биосфера – это часть геологической оболочки Земли, свойства которой определяется активностью живых организмов.

Второе определение охватывает более широкое пространство: ведь образовавшийся в результате фотосинтеза атмосферный кислород распределен по всей атмосфере и присутствует там, где нет живых организмов. Биосфера в первом смысле состоит из литосферы, гидросферы и нижних слоев атмосферы – тропосферы. Пределы биосферы ограничены озоновым экраном, находящимся на высоте 20 км, и нижней границей, находящейся на глубине около 4 км.

Биосфера во втором смысле включает всю атмосферу. Учение о биосфере и ее функциях разработал академик В.И. Вернадский. Биосфера – это область распространения жизни на Земле, включающая живое вещество (вещество, входящее в состав живых организмов), биокосное вещество, т.е. вещество, не входящее в состав живых организмов, но формирующееся за счет их активности (почва, природные воды, воздух), косное вещество, формирующееся без участия живых организмов.

Живое вещество, составляющее мене 0,001% массы биосферы, является наиболее активной частью биосферы. В биосфере происходит постоянная миграция веществ, как биогенного, так и абиогенного происхождения, в котором живые организмы играют основную роль. Круговорот веществ определяет устойчивость биосферы.

Основным источником энергии для поддержания жизни в биосфере является Солнце. Его энергия преобразуется в энергию органических соединений в результате фотосинтетических процессов, происходящих в фототрофных организмах. Энергия накапливается в химических связях органических соединений, служащих пищей растительноядным и плотоядным животным. Органические вещества пищи разлагаются в процессе обмена веществ и выводятся из организма. Выделенные или отмершие остатки разлагаются бактериям, грибами и некоторыми другими организмами. Образовавшиеся химические соединения и элементы вовлекаются в круговорот веществ. Биосфера нуждается в постоянном притоке внешней энергии, т.к. вся химическая энергия превращается в тепловую.

Функции биосферы. Газовая – выделение и поглощение кислорода и углекислого газа, восстановление азота. Концентрационная – накопление организмами химических элементов, рассеянных во внешней среде. Окислительно-восстановительная – окисление и восстановление веществ в ходе фотосинтеза и энергетического обмена. Биохимическая – реализуется в процессе обмена веществ. Энергетическая – связана с использованием и преобразованием энергии.

В результате биологическая и геологическая эволюции происходят одновременно и тесно взаимосвязаны. Геохимическая эволюция происходит под влиянием биологической эволюции.

Масса всего живого вещества биосферы составляет ее биомассу, равную примерно 2,4 ? 10 12 т.

Организмы, населяющие сушу, составляют 99,87% от общей биомассы, биомасса океана – 0, 13%. Количество биомассы увеличивается от полюсов к экватору. Биомасса (Б) характеризуется:

– своей продуктивностью – приростом вещества, приходящегося на единицу площади (П);

– скоростью воспроизведения – отношением продукции к биомассе за единицу времени (П/Б).

Самыми продуктивными являются тропические и субтропические леса.

Часть биосферы, находящуюся под влиянием активной деятельности человека, называется ноосферой – сферой человеческого разума. Термин обозначает разумное влияние человека на биосферу в современную эпоху научно-технического прогресса. Однако, чаще всего, это влияние губительно для биосферы, что в свою очередь губительно для человечества.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть А

А1. Главная особенность биосферы:

1) наличие в ней живых организмов

2) наличие в ней неживых компонентов, переработанных живыми организмами

3) круговорот веществ, управляемый живыми организмами

4) связывание солнечной энергии живыми организмами

А2. Залежи нефти, каменного угля, торфа образовались в процессе круговорота:

А3. Найдите неверное утверждение. Невосполнимые природные ресурсы, образовавшиеся в процессе круговорота углерода в биосфере:

3) каменный уголь

4) торф и древесина

А4. Бактерии, расщепляющие мочевину до ионов аммония и углекислого газа, принимают участие в круговороте

1) кислорода и водорода

2) азота и углерода

3) фосфора и серы

4) кислорода и углерода

А5. В основе круговорота веществ лежат такие процессы, как

1) расселение видов 3) фотосинтез и дыхание

2) мутации 4) естественный отбор

А6. Клубеньковые бактерии включают в круговорот

1) фосфор 3) углерод

2) азот 4) кислород

А7. Солнечная энергия улавливается

2) консументами первого порядка

3) консументами второго порядка

А8. Усилению парникового эффекта, по мнению ученых, в наибольшей степени способствует:

1) углекислый газ 3) двуокись азота

2) пропан 4) озон

А9. Озон, который образует озоновый экран, формируется в:

3) в земной коре

4) в мантии Земли

А10. Наибольшее количество видов находится в экосистемах:

1) вечнозеленых лесов умеренного пояса

2) влажных тропических лесов

3) листопадных лесов умеренного пояса

А11. Наиболее опасной причиной обеднения биологического разнообразия – важнейшего фактора устойчивости биосферы – является

1) прямое истребление

2) химическое загрязнение среды

3) физическое загрязнение среды

4) разрушение мест обитания

Часть С

С1. Какую роль играют животные в поддержании качества воды в водоемах?

С2. Назовите возможные способы получения энергии бактериями и кратко раскройте их биологический смысл.

С3. Почему разнообразие видов служит признаком устойчивости экосистемы

С4. Нужно ли регулировать рождаемость населения?

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Самое распространенное вещество на Земле

Самое распространенное вещество на Земле Принято считать, что самое распространенное вещество на Земле — вода. Однако это не так. Как ни удивительно, но лидерство принадлежит обыкновенному песку, а вода занимает почетное второе

Самое распространенное вещество на Земле

5.5. Анализаторы. Органы чувств, их роль в организме. Строение и функции. Высшая нервная деятельность. Сон, его значение. Сознание, память, эмоции, речь, мышление. Особенности психики человека

5.5. Анализаторы. Органы чувств, их роль в организме. Строение и функции. Высшая нервная деятельность. Сон, его значение. Сознание, память, эмоции, речь, мышление. Особенности психики человека 5.5.1 Органы чувств (анализаторы). Строение и функции органов зрения и слуха Основные

6.4. Макроэволюция. Направления и пути эволюции (А.Н. Северцов, И.И. Шмальгаузен). Биологический прогресс и регресс, ароморфоз, идиоадаптация, дегенерация. Причины биологического прогресса и регресса. Гипотезы возникновения жизни на Земле. Эволюция органического мира. Основные ароморфозы в эволюции

6.4. Макроэволюция. Направления и пути эволюции (А.Н. Северцов, И.И. Шмальгаузен). Биологический прогресс и регресс, ароморфоз, идиоадаптация, дегенерация. Причины биологического прогресса и регресса. Гипотезы возникновения жизни на Земле. Эволюция органического мира.

Самое распространенное вещество на Земле

Теория катастроф Вернадского

Теория катастроф Вернадского Выдающийся русский ученый А.И. Опарин разработал и в 1924 году опубликовал свою теорию возникновения жизни на планете. Когда-то атмосфера была сильно насыщена водяными парами и содержала первичные органические соединения: кислородные

10.1. Особенности стратегического менеджмента в России. Эволюция стратегического мышления

10.1. Особенности стратегического менеджмента в России. Эволюция стратегического мышления Тематика данного раздела может оказаться наиболее сложной для восприятия и практического использования, хотя авторы приложили все усилия, чтобы учесть в разделе и теоретические, и

5.1.7. Использование биомассы

5.1.7. Использование биомассы За последние 30 лет в Европе в целом и в Скандинавских странах особенно потребность в эффективном использовании низкосортных видов топлива, таких как биомасса, стала расти во многом благодаря развитию технологии сжигания биомассы в котлах с

4. Биосфера как глобальная экосистема

Живое вещество. Эволюция биосферы

Раздел ЕГЭ: 7.4. Биосфера — глобальная экосистема. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Живое вещество, его функции. Особенности распределения биомассы на Земле. Биологический круговорот и превращение энергии в биосфере, роль в нем организмов разных царств. Эволюция биосферы

Биосфера включает: 1) живое вещество, образованное совокупностью всех организмов биосферы; 2) биогенное вещество, создаваемое в процессе жизнедеятельности живых организмов (газы атмосферы, нефть, уголь, известняки); 3) косное вещество, образуемое без участия живых организмов (вулканическое, метеориты); 4) биокосное вещество, образующиеся в результате совместной деятельности организмов и абиогенных процессов (почва, ил).

Живое вещество — совокупность организмов нашей планеты. Свойства живого вещества:

Способность к самовоспроизведению
Обмен веществ с окружающей средой

Давление жизни — способность максимально плотно занимать экологическую нишу. Напор жизни — борьба организмов за площадь, пищу, воздух, воду.

Функции живого вещества:

Газовая — выделение и поглощение организмами газов, поддержание газового баланса атмосферы.
Окислительно-восстановительная — окисление и восстановление веществ с помощью организмов.
Концентрационная — накопление организмами определенных веществ.
Биохимическая — процессы питания, дыхания, размножения живых организмов, их рост и перемещение но планете.
Биогеохимическая — деятельность человека по использованию природных ресурсов для нужд сельского хозяйства, транспорта, промышленности.

Живое вещество в биосфере находится в крайней напряженности. Напряженность выражается в круговороте всех биофильных химических элементов.

Биосфера по В. И. Вернадскому — земная оболочка, область существования живого вещества. Она включает в себя не только живые организмы, но и измененную ими среду обитания (кислород в атмосфере, горные породы органического происхождения и т. п.). Совокупная биомасса Земли составляет примерно 2,4 • 10 12 т (около 0,01% массы всей биосферы): 97% приходится на растения, 3% — на животных.

Живые организмы располагаются на поверхности Земли, в верхней части литосферы, в гидросфере, тропосфере и в нижней части стратосферы.

Особенности распределения биомассы на Земле:

Биомасса составляет 0,01 % массы всей биосферы.
Самые устойчивые биогеоценозы — лес, почва, Мировой океан.
Биомасса увеличивается от полюсов к экватору.
В океане — 0,1% биомассы Земли.
КПД использования солнечной энергии: в океане — 0,04%; на суше — 0,1%.

Превращение энергии. Солнечная энергия — поток энергии Солнца (10 21 кДж/год)

42 % отражается в космос;
58% поглощается атмосферой, почвой (в том числе 20% — в виде тепла, 10% — на испарение воды).

18 • 10 17 кДж энергии Солнца переходит в энергию химических связей. Зеленые растения образуют 10 11 т органических веществ в год, поглощают 17 • 10 10 т СО2, выделяют 11,5 • 10 10 т О2, испаряют 16 • 10 12 т Н2О.

Биологический круговорот. В ходе выполнения функций организмы разных царств играют определённую роль в биологическом круговороте — биогенной миграции атомов разных химических элементов в биосфере из неживой природы в состав живых организмов, переходе в другие организмы по цепям питания и возвращении в неживую природу.

Эволюция живого на Земле приводит к эволюции всей биосферы. В. И. Вернадский, рассматривая вопрос об эволюции геологических оболочек под действием живого вещества, отмечал, что человек становится всё более мощной геологической силой.

Эволюция биосферы (этапы развития биосферы по В. И. Вернадскому):

Возникновение жизни и первичной биосферы. Ведущие факторы — геохимические и климатические изменения на Земле.
Усложнение структуры биосферы в результате появления много численных и разнообразных эукариот (одноклеточные, многоклеточные). Движущий фактор — биологическая эволюция.
Возникновение человека, чело веческого общества и постепенном превращение биосферы в ноосферу. Одно из условий ноосферы в будущем — открытие новых источников энергии.

Биологи провели количественный анализ глобального распределения биомассы на Земле, которая суммарно составила 550 миллиардов тонн углерода. Оказалось, что более 80 процентов от этого числа приходится на растения, суммарная биомасса наземных организмов примерно на два порядка больше, чем морских, а доля человека составляет около 0,01 процента, пишут ученые в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Количественные данные об общей биомассе всех живых организмов на Земле и ее распределении между отдельными видами — важная информация для современной биологии и экологии: по ним можно исследовать общую динамику и развитие всей биосферы, ее реакцию на происходящие на планете климатические процессы. Как пространственное распределение биомассы (географическое, по глубине и средам обитания видов), так и ее распределение между различными видами живых организмов может служить важным показателем при оценке путей переноса углерода и других элементов, а также экологических взаимодействий или пищевых цепей. Тем не менее, на сегодняшний день количественные оценки распределения биомассы были сделаны либо для отдельных таксонов, либо внутри некоторых экосистем, а достоверных оценок всей биосферы на данный момент сделано не было.

Чтобы получить такие данные, группа ученых из Израиля и США под руководством Рона Мило (Ron Milo) из Института имени Вейцмана провела своеобразную перепись всех видов животных с оценкой их биомассы и географического распределения. Все данные ученые собирали по нескольким сотням актуальных научных статей, после чего обрабатывали эту информацию с помощью разработанной схемы интегрирования с учетом географического распределения видов. В качестве количественного показателя биомассы, приходящейся на различные виды, ученые использовали информацию о массе углерода, которая приходится на различные таксоны (то есть при рассмотрении не учитывалась, например, масса воды). Сейчас все полученные результаты, а также использованные для анализа программы, находятся в открытом доступе, и их можно найти на github.

Принципиальная схема получения данных о глобальном распределении биомассы на основе имеющихся неполных данных с учетом географического распределение параметров окружающей среды

Y. M. Bar-On et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Читайте также: