28. Биосфера, состав, основные процессы.

Биосфера – особая оболочка планеты, объемлющая все формы активной жизни. В более развернутом плане под биосферой понимается нижняя часть атмосферы, гидросфера и верхняя часть литосферы, включающие совокупность всех живых организмов. Исторически сложившаяся многоуровневая, саморегулирующаяся система.

Средний химический состав оболочек планеты

Оболочка планеты	Состав, мас. %
Атмосфера	O – 23,15 %, N – 75,52 %
Гидросфера	O – 88,8 %, H – 11,2 %
Литосфера	O – 50 %, Si – 26 %
Биосфера (биота)	O – 70 %, C – 18 %

Средний элементный химический состав живого вещества суши

Элемент	Содержание, % от живой массы	Элемент	Содержание, % от живой массы
O	70	Mg	4٠10-2
C	18	Cl	2٠10-2
H	10,5	Na	2٠10-2
Ca	5٠10-1	Fe	1٠10-2
N	3٠10-1	Al	5٠10-3
K	3٠10-1	Ba	3٠10-3
Si	2٠10-1	Sr	2٠10-3
P	7٠10-2	Mn	1٠10-3
S	5٠10-2	B	1٠10-3

Химические процессы в биосфере

Для химических процессов в биосфере характерны следующие особенности:

– участие в химических и биохимических реакциях большого числа органических и неорганических веществ;

– протекание химических реакций смешанного типа, часто без непосредственного контакта взаимодействующих веществ (например, окислитель и восстановитель в живых организмах в большинстве случаев находятся в разных частях тела);

– неравновесность процессов;

– участие в химических реакциях живых организмов.

Примеры химических и фотохимических процессов в биосфере

Фотосинтез:

6CO₂ + 6H₂O C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Дыхание:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O

Превращение солей в организме человека на примере PbCO₃:

PbCO₃ + 2HCl = PbCl₂ + H₂CO₃

(с кислотой желудочного сока)

PbCO₃ + 2NaOH = [Pb(OH)]₂CO₃ + Na₂CO₃

(в щелочной среде кишечника)

PbCO₃ + H₂S = PbS + H₂CO₃

(в толстой кишке)

Образование «зубного камня»:

3Ca²⁺ + 2PO₄^3- = Ca₃(PO₄)₂

29. Биота, основные функции живого вещества.

Биосфера как целое образует единую экологическую систему Земли, в которой сконцентрировано живое вещество планеты – биота.

Биота – совокупность взаимосвязанных и независимых биологических видов, объединенных общей областью распространения; исторически сложившийся комплекс живых организмов. Различают биоту Земли, государства, гидросферы и т.д.

Участок земной поверхности (суши или водоема) с одинаковыми условиями среды, на котором существует биоценоз, называют биотопом (греч. биос – жизнь, топос – место).

Био́та (от др.-греч. βιοτή — жизнь) — исторически сложившаяся совокупность видов живых организмов, объединённых общей областью распространения в настоящее время или в прошедшие геологические эпохи. В состав биоты входят как представители клеточных организмов (растения, животные, грибы, бактерии, протисты и пр.), так ибесклеточные организмы (например, вирусы).

Биота является важной составной частью экосистем и биосферы. Биота активно участвует в биогеохимических процессах. Изучение биоты — предмет многих наук, в том числе биологии, экологии, гидробиологии, палеонтологии, биогеохимии и других.

Живое вещество – это совокупность всех живых организмов нашей планеты. Каждый организм оказывает ничтожно малое воздействие на окружающую среду, но их бесконечное множество: более 2 млн. видов животных и микроорганизмов и около 500 тыс.видов зеленых растений. 99% веса живого вещества составляют зеленые растения (фитомасса – 2400 млрд.т.), остальная часть 1% - приходит на биомассу живых гетеротрофных организмов

Функции живого вещества. Одна из основных заслуг В.И. Вернадского состоит в том, что он впервые обратил внимание на роль живых организмов как мощного геологического фактора, на то, что живое вещество выполняет в биосфере различные биогеохимические функции. Благодаря этому обеспечиваются круговорот веществ и превращение энергии и, в итоге, целостность, постоянство биосферы, ее устойчивое существование.

Специфической чертой биосферы как особой оболочки Земли является происходящий в ней круговорот веществ, регулируемый деятельностью живых организмов. Живое вещество выполняет в биосфере следующие биогеохимические функции:

– газовую (поглощает и выделяет газы);

– окислительно-восстановительную (окисляет, например, углеводы до углекислого газа и восстанавливает его до углеводов);

– концентрационную (организмы-концентраторы накапливают в своих телах и скелетах азот, фосфор, кремний, кальций, магний и другие элементы).

Основные функции живого вещества в биосфере

Функции	Краткая характеристика процессов
Энергетическая	Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе, химической энергии в результате разложения энергонасыщенных веществ; передача энергии по пищевой цепи разнородного живого вещества.
Концентрационная	Избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов вещества, используемых для построения тела организма и удаляемых из него при метаболизме.
Деструктивная	Минерализация био- и небоигенного органического вещества; разложение неживого неорганического вещества; вовлечение образовавшихся веществ в биологический круговорот.
Средообразующая	Преобразование физико-химических параметров среды.
Транспортная	Перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении.

Важнейшими функциями являются энергетическая, газовая, окислительно-восстановительная, концентрационная.

Энергетическая функция заключается в накоплении и преобразовании растениями энергии Солнца (бактерии-хемоавтотрофы преобразуют энергию химических связей) и передаче ее по пищевым цепям: от продуцентов - к консументам и, далее, - к редуцентам. При этом энергия постепенно рассеивается, но часть ее вместе с остатками организмов переходит в ископаемое состояние, "консервируется" в земной коре, образуя запасы нефти, угля и др.

В осуществлении газовой функции ведущая роль принадлежит зеленым растениям, которые в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород. В то же время, большинство живых организмов (и растения в том числе) в процессе дыхания используют кислород, выделяя в атмосферу углекислый газ. Таким образом, участвуя в обменных процессах, живое вещество поддерживает на определенном уровне газовый состав атмосферы.

Окислительно-восстановительная функция тесно связана с энергетической. Существуют микроорганизмы, которые в процессе жизнедеятельности окисляют или восстанавливают различные соединения, получая при этом энергию для жизненных процессов. Велико их значение для образования многих полезных ископаемых. Например, деятельность железобактерий по окислению железа привела к образованию таких осадочных пород как железные руды; серобактерии, восстанавливая сульфаты, образовали месторождения серы.

Концентрационная функция заключается в способности живых организмов накапливать различные химические элементы. Например, осоки и хвощи содержат много кремния, морская капуста и щавель - йод и кальций. В скелетах позвоночных животных содержится большое количество фосфора, кальция, магния. Осуществление данной функции способствовало образованию залежей известняка, мела, торфа, угля, нефти.

Живое вещество, образовавшись на Земле более 3 млрд. лет тому назад, вовлекло в грандиозный кругооборот все элементы ее поверхности. Перечисленные функции живого вещества обращены в основном к внешним факторам существования. Все вместе они образуют мощную средообразующую функцию экосферы.. Живые организмы играют ведущую роль в самоочищении воздуха, рек и озер, от них зависит солевой состав природных вод и распределение химических веществ между сушей и океаном. Благодаря растениям, живыми микроорганизмами создается почва и поддерживается ее плодородие. Наконец, биота одарила человека пищей, одеждой, множеством других вещей, создав уникальное сообщество разнообразных организмов – главное богатство планеты и окружающей человека среды. Окружающей средой для любых организмов может быть неорганическая и органическая природа. Таким образом, жизнь любых организмов возможна только при постоянном взаимодействии с окружающей средой.