Каким образом живое вещество обеспечивает механизм устойчивого функционирования биосферы кратко

Обновлено: 04.07.2024

Устойчивость — это способность экосистемы непрерывно поддерживать определенный круговорот веществ и сохранять в основных чертах свою структуру, характер связей между элементами и их функционирование в пределах естественного колебания параметров. Устойчивость проявляется важными для экосистемы признаками — самоподдержанием и саморегулированием. Самоподдержание — это процесс, в ходе которого экосистема достаточно долго сохраняет свою устойчивость. Оно проявляется в системах, обладающих высоким уровнем сложности, с большим количеством элементов, связи между которыми устойчиво поддерживают круговорот веществ. Саморегуляция — это свойство экосистемы в процессе функционирования сохранять на определенном уровне свое типичное состояние, режим, характеристики связей между компонентами.

Способность экосистемы к самоподдержанию и саморегулированию, в результате чего сохраняется ее устойчивость и стабильность, называется гомеостазом или динамическим равновесием системы.

Любая естественная экосистема, сложившаяся исторически, сохраняется в относительно постоянном виде достаточно длительное время. В этом проявляется ее устойчивость. При этом устойчивость обладает некоторой степенью толерантности (выносливости), позволяющей экосистеме самосохраняться при небольших изменениях, происходящих в окружающей среде и самой экосистеме. По устойчивости экосистемы делятся на два типа: резистентные, то есть способные сохраняться в устойчивом состоянии под нагрузкой, и упругие, способные быстро восстанавливаться, если по каким-то причинам были нарушены.

Механизмы устойчивости биосферы

Устойчивость — это способность биосферы сохранять в основных чертах свою структуру и характер связей между элементами системы, несмотря на внешние воздействия. Условия, обеспечивающие такое состояние системы, называют механизмом устойчивости. Назовем основные механизмы устойчивости биосферы.

1. Одним из механизмов устойчивости биосферы является неизменное положение Земли в космосе в течение длительного промежутка времени (не менее 4 млрд лет), определяющее постоянство поступления солнечной энергии (солнечная постоянная). Солнечная постоянная определяет, в свою очередь, земные константы живого вещества: массу (около 1013 т), запасенную в химических связях энергию (около 1018 ккал), средний химический состав биогенных элементов (кислорода, водорода, углерода, азота).

3. Устойчивость биосферы обусловлена также проявлением геохимической функции живого вещества, реализуемой через питание, дыхание, размножение и смерть организмов. Участие живого вещества в биологическом круговороте, сбалансированное равновесие количества получения ресурсов (органических веществ, минерального питания и солнечной энергии) и их расходования — одно из важных условий поддержания устойчивости экосистемы.
Если представить, что растения образуют значительное количество растительной биомассы, а фитофагов нет или их так мало, что они не успевают потреблять все то, что производят зеленые продуценты, то экосистема не будет устойчивой и вскоре деградирует, так как в ней, с одной стороны, будет накапливаться неизрасходованная растительная биомасса (такое событие произошло в биосфере 345 млн лет назад, в каменноугольный период), а с другой — начнется истощение минеральных ресурсов, доступных растению для его питания, поскольку не будет возврата веществ в неживую (абиотическую) среду. Того и другого сейчас не происходит, так как на Земле существуют разнообразные биогеоценозы с различным видовым составом.

Наряду с образованием органических веществ и аккумуляцией энергии в круговороте, то есть постоянным притоком веществ и необходимой энергии, устойчивость экосистемы обеспечивает постоянно идущий отток (выход) из экосистемы преобразованной энергии и избыточных продуктов обмена, разрушение сложных органических соединений и их превращение в простые минеральные вещества (воду, углекислый газ, аммиак, различные соли и пр.). Чтобы биосфера могла существовать, процессы создания и разрушения органических веществ в ней должны постоянно поддерживаться в равновесном состоянии.

Например, известно, что в результате жизнедеятельности организмов большие количества углерода поглощаются из атмосферы и накапливаются в биосфере в форме залежей карбонатных пород (известняков, доломитов), углей и других горючих ископаемых. В то же время большие количества углекислого газа и частично углеводороды снова возвращаются в атмосферу в ходе вулканических и магматических процессов. Поэтому нарушения баланса углерода в биосфере не наблюдается.

4. Многочисленные исследования по выявлению закономерностей существования экосистемы показали, что в поддержании устойчивости системы особенно большое значение имеют избыточность информации и обратная связь (петля управления). Избыточность информации в биосфере как глобальной экосистеме свидетельствует о некотором сдвиге в сторону или созидания, или разрушения ее показателей. То и другое нарушает устойчивость экосистемы. С помощью обратной связи система осуществляет управление многими процессами, происходящими в ней.

5. В биологическом круговороте между живой и неживой частями экосистемы осуществляется направленный поток энергии и химических веществ (миграция атомов). Этот процесс совершается не в самой биосфере, а в ее конкретных компонентах — биогеоценозах. Все биогеоценозы, имеющиеся в биосфере, связаны постоянным обменом веществ между собой и с окружающей средой. Взаимодействие между биогеоценозами как структурными компонентами биосферы способствует поддержанию ее устойчивости. Оно осуществляется за счет перемещения и многообразного функционирования живого, а также слияния геохимических круговоротов отдельных биогеоценозов, в результате чего сохраняется один общий биологический круговорот веществ и поток энергии.

Функциональное разнообразие компонентов экосистемы, то есть ее сложность, обеспечивает ее устойчивость и стабильность.

Для устойчивого существования биосферы необходимы сбалансированные отношения между различными биогеоценозами, обеспечивающими разнообразное потребление и возврат минеральных ресурсов в абиотическую среду. В случае выпадения из системы каких-либо природных сообществ или замены их качественно иными (например, в наше время — агроценозами), динамическое равновесие в биосфере может нарушиться.

7. Антропогенное воздействие также влияет на устойчивость биосферы. По вине человека многие биогеоценозы и водные экосистемы сейчас теряют устойчивость, так как его длительность приобрела разрушающий, деградирующий природу характер. Следует надеяться, что, опираясь на свой разум, знание законов природы, человек сможет поддержать устойчивость биосферы как глобальной экосистемы.

Учение о биосфере Земли – это наиболее интересное обобщение современного естествознания. Оно является научной основой для исследования природных объектов и комплексного подхода при организации современного производства и других видов антропогенной деятельности. Установлено, что жизнь на планете протекает и развивается лишь в тонком слое атмосферы – тропосфере, во всей гидросфере и в верхних слоях литосферы. Эту тонкую земную оболочку, населенную организмами, принято называть биосферой. Биосфера – область жизни, пространство на поверхности земного шара, в котором обитают живые существа.

Великий русский академик В.И. Вернадский 1 впервые научно обосновал единство человека и биосферы и создал учение о биосфере. Центральным понятием этого учения является мысль о том, что биосфера – своеобразная оболочка Земли, развитие которой в значительной мере определяется деятельностью живых организмов.

Согласно теории В.И. Вернадского, биосфера в своём строении содержит следующие категории веществ:

1) живое вещество – совокупность живых организмов, населяющих биосферу, характеризуется особым химическим составом, массой, энергией, информацией; трансформирует солнечную энергию и вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот. Живое вещество есть функция биосферы, а биосфера может быть рассмотрена как результат развития живого вещества;

2) биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живых организмов (каменный уголь, нефть, торф, мел);

3) биокосное вещество – продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами (почвы, ил, природные воды). Биокосное вещество имеет минеральную основу, которая коренным образом преобразована жизнедеятельностью организмов (почвенный покров, воздух, вода);

4) косное вещество – всё, что не имело связи с живым (застывшая лава, вулканический пепел);

5) радиоактивные вещества, получающиеся в результате распада радиоактивных элементов (радий, уран, торий и т.д.);

6) рассеянные атомы (химические элементы), находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии;

7) вещество космического происхождения – метеориты, протоны, нейтроны, электроны, другие микрочастицы.

В пределах биосферы существуют четыре среды жизни: неживые (вода, воздух), биокосная (почва) и живая (организмы).

Процессы, протекающие в экосистеме (число живых организмов, скорость их развития и т.п.), зависят от количества энергии, поступающей в экосистему, а также от циркуляции веществ в экосистеме. Биосфера является энергетически открытой – незамкнутой термодинамической системой, в которой идет поглощение и отдача энергии из внешней среды.

Живое вещество нашей планеты существует в виде огромного множества организмов разнообразных форм и размеров. В настоящее время на Земле существует более двух миллионов видов организмов. Из них на долю растений приходится около 500 тыс. видов, а на долю животных более 1,5 млн видов. Самая многочисленная по числу видов группа – это насекомые (около 1 млн) видов. Организмы, составляющие биомассу, обладают способностью воспроизводства – размножения и распространения по планете.

Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и проходит сквозь живое вещество.

Живое вещество играет важную роль в биогеохимичесих процессах благодаря совершающемуся в живых организмах обмену веществ и энергий. Живое вещество является наиболее активным компонентом биосферы. Оно производит гигантскую геохимическую работу, способствую преобразования других оболочек Земли в геологическом масштабе земли. Основной особенностью живого существа является, кроме клеточной деятельности и передачи информации, способ использования энергии. Живые организмы улавливают энергию космоса в виде солнечного света, удерживают её в виде энергии сложных органических соединений (входящую в состав биомассы), передают её друг другу и трансформируют в другие виды энергии (механическую, электрическую, тепловую). Неживые вещества преимущественно рассеивают энергию.

Живое вещество, биосфера, преобразует энергию Солнца в свободную энергию, способную совершать работу. Работа, производимая жизнью, состоит в переносе и перераспределении химических элементов в биосфере.

Все почвы и минералы поверхности (чернозём, глина, известняк, руда, угли и нефть) образовались под воздействием живой материи.

Преобразование энергии в организмах основано на разнице температуры и других принципах. Живые существа следует рассматривать как устройства, где химическая энергия преобразуется в другие виды энергии.

Особенности функционирования живых существ:

• способность к самовоспроизведению;

• способность образования полимерных оболочек, ограждающих живое вещество от косной среды;

• способность аккумулировать и передавать химическую энергию, а также осуществлять химические реакции в нормальных условиях температуры и давления без образования побочных продуктов. Жизнь на Земле идеально экономична.

Рассмотрим свойства живого вещества.

1. Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией, которую можно было бы сравнить разве что с огненным потоком лавы, но энергия лавы недолговременна.

2. В живом веществе, благодаря присутствию ферментов, химические реакции происходят во много раз быстрее, чем в неживом. Для жизненных процессов характерным является процесс: полученные организмом вещества и энергия перерабатываются и отдаются в значительно больших количествах. Например, масса насекомых, которых съедает синица за день, равна её собственной массе, а некоторые гусеницы употребляют и перерабатывают за сутки в 200 раз больше еды, чем весят сами.

3. Индивидуальные химические элементы (белки, ферменты, а иногда и отдельные минеральные соединения синтезируются только в живых организмах).

4. Живое вещество стремится заполнить собой все возможное пространство. В.И. Вернадский называет две специфические формы движения живого вещества:

а) пассивную, которая осуществляется размножением, и присуща как животным, так и растительным организмам;

б) активную, которая осуществляется за счёт направленного движения организмов (меньшей мерой характера для растений).

5. Живое вещество проявляет значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. В природе известно более 2 млн органических соединений, которые входят в состав живого вещества, тогда, как количество минералов неживого вещества составляет около 2 тыс., – значительно ниже.

6. Живое вещество представлено индивидуальными организмами, каждый из которых имеет свой собственный генезис, свой генетический состав. Крупнейшими из растений считаются секвойи, а из животных – киты. По мнению В.И. Вернадского, минимальные и максимальные размеры организмов определяются граничными возможностями их газового обмена со средой.

7. Живое вещество никогда не попадается на Земле в морфологически чистой форме, например, в виде популяционного вида, т.е. может существовать только в виде биоценоза.

8. Всё живое из живого – это отличительная особенность живого вещества, которое существует на Земле в форме беспрерывного чередования поколений и характеризуется генетической связью с живым веществом всех прошлых геологических эпох.

В.И. Вернадский выделяет следующие функции живого вещества:

- транспортная (перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении);

- концентрационная (выборочное накопление в ходе жизнедеятельности отдельных видов вещества, использованной для создания организма);

- деструктивная (разрушения органических веществ, неживого неорганического вещества, минерализация небиогенного органического вещества);

- метаболизма и дыхания организмов;

- энергетическая (поглощение солнечной энергии в процессе фотосинтеза, передача энергии пищевыми цепями разнородного живого вещества);

- средообразующая (превращение физико-химических параметров среды);

- информационная функция живого вещества биосферы. Организмы оказались способными к получению информации путём соединения потока энергии с активной молекулярной структурой. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию совершила опережающую эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим фактором.

Список использованных источников

1. Вернадский, В. И. Биосфера и ноосфера. – М.: Айрис-пресс, 2012. – 576 с.

2. Вернадский, Владимир Иванович // Новая российская энциклопедия. – М.: Энциклопедия, 2007. – Т. 3. – С. 375.

4. В.И. Вернадский. Размышления натуралиста. Научная мысль как планетное явление. – М.: Наука, 1977; Изучение явлений жизни и новая физика, 1931; Биогеохимические очерки. – М.-Л.: изд-во АН СССР, 1940.

6. Френкель Е.Н. Концепции современного естествознания : физические, химические и биологические концепции : учеб. пособие. – Ростов-н/Д: Феникс, 2014. – 246 с.

4 Смотреть ответы Добавь ответ +10 баллов

Ответы 4

животные умирают из них образуется почва, из икопаемых получается мел и горные породы

Живое вещество — вся совокупность живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности. Термин введён В.И. Вернадским.Некоторые органические вещества содержат атомы с переменной степенью окисления (соединения железа, марганца, азота и др.). При этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления. Обычно окислительная функция живого вещества в биосфере проявляется в превращении бактериями и некоторыми грибами относительно бедных кислородом соединений в почве, коре выветривания и гидросфере в более богатые кислородом соединения. Восстановительная функция осуществляется при образовании сульфатов непосредственно или через биогенный сероводород, производимый различными бактериями. И здесь мы видим, что данная функция является одним из проявлений средообразующей функции живого вещества;

Другие вопросы по Биологии

Перечерти в тетрадь и впиши в колонки таблицы цифры,соответствующие органам каждого из представленных растений.

Биосфера — открытая система, в нее поступает из космоса энергия солнечного света, за счет которой существует большинство экосистем Земли.

Ж. Б. Ламарк в 1802 году назвал биосферой совокупность всех живых организмов Земли.

В. И. Вернадский в 1919 создал учение о биосфере, в нем:

Ноосфера(по Вернадскому) — сфера человеческого разума.

Границы биосферы

Верхняя граница в атмосфере: 15 — 20 км.
Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.
Нижняя граница в литосфере: 3,5 — 7,5 км.
Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.
Нижняя граница в гидросфере: 10 — 11 км (Марианская впадина).
Определяется дном Мирового океана, включая донные отложения.

Ту часть биосферы, в которой в настоящее время постоянно встречаются живые организмы, называют эубиосферой, ее границы несколько уже.

Таким образом, биосфера включает в себя часть атмосферы, гидросферы и литосферы.

Биомасса биосферы

Общая сухая биомасса биосферы оценивается в 2,5 x 1012 тонн. Большая часть этой биомассы приходится на наземные экосистемы, биомасса океана составляет лишь около 0,003 x 1012 тонн. Основную часть биомассы суши составляют наземные растения, их биомасса примерно в 500–1000 раз больше, чем биомасса животных. Из всех видов диких животных, по-видимому, наибольшей биомассой обладает морской рачок Euphausia suberba (150 млн. тонн), но общая биомасса одомашненного человеком крупного рогатого скота (Bos taurus) еще больше — 520 млн. тонн, как и самих людей — 350 млн тонн. Большой биомассой обладают муравьи (3 млрд тонн) и морские рыбы (800 — 2000 млн. тонн), но это группы животных, включающие множество видов. Общая биомасса наземных растений — 560 млрд. тонн, морского фитопланктона и растений — 5 — 10 млрд. тонн, наземных животных — 5 млрд. тонн.

Наибольшая концентрация биомассы на границах сред:

граница литосферы и атмосферы;
граница гидросферы и атмосферы (планктонные организмы);
граница литосферы и гидросферы (бентосные организмы).

Первичная биомасса образуется автотрофами (обычно растениями) в процессе фотосинтеза с использованием солнечной энергии. Поэтому минимальная биомасса наблюдается в пустынях и во льдах, что связано в первую очередь с минимальным количеством растений в качестве источника прироста биомассы.

Структура биосферы

1. Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4 — 3,6 x 1012 тонн (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы (около 3 x 1018 тонн), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Однако именно эта часть биосферы является наиболее важной, т. к. активно участвует в биогеохимических циклах и преобразует неживое вещество Земли.

2. Биогенное вещество — осадочные породы, состоящие из продуктов жизнедеятельности живых организмов или представляющие собой их разложившиеся остатки (известняки, ракушечные породы, горючие сланцы, ископаемые угли, нефть и др.).

3. Косное вещество — вещество, образующееся без участия живых организмов.

4. Биокосное вещество — вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д.

5. Радиоактивные вещества и продукты их распада, а также атомы, непрерывно образующиеся из земного вещества под влиянием космических излучений.

6. Вещество космического происхождения (метеориты).

Основные черты биосферы:

живые организмы;
биотический круговорот веществ.

Биотический круговорот обеспечивается взаимодействием трех основных групп организмов:

продуцентов (зеленых растений, осуществляющих фотосинтез, и бактерий, способных к хемосинтезу) — они создают первичное органическое вещество;
консументов (растительноядные и хищные животные) — они потребляют органическое вещество;
редуцентов (бактерии, грибы и простейшие животные) — они разлагают мертвое органическое вещество до минерального.

механизмы устойчивости биосферы

Биосфера представляет собой открытую биосистему, которая обменивается веществом и энергией с окружающей средой.

Живые организмы биосферы делятся на автотрофов и гетеротрофов:

автотрофы — производители органического вещества;
гетеротрофы — потребители и разрушители органического вещества.

Между процессами создания органического вещества и его преобразованием и разрушением устанавливается относительное равновесие.

Это равновесие является основой дляустойчивости биосферы.
Устойчивость — это свойство экосистемы, которое проявляется в поддержании своего состава, структуры и функций, а также в способности восстанавливаться, в случае если они будут нарушены.

Факторы, определяющие устойчивость биосферы:

биоразнообразие — видовое разнообразие;
взаимозаменяемость компонентов биосферы в круговоротах веществ и энергии;
дублирование звеньев в круговороте веществ и энергии (в биогеохимических циклах);
жизненная активность живого вещества (скорость размножения и распространения).

От полюсов к экватору биомасса и видовое разнообразие увеличиваются, т. е. увеличивается устойчивость экосистем.

Задание по МДК.01.05 Естествознание с методикой преподавания.

Тема: Биосфера. Живое вещество в биосфере, литосфере, гидросфере. Круговорот вещества в биосфере.

Задание: составьте опорный конспект по теме.