Задания 18-19, 26. Биосфера и экологические процессы

***

Прежде, чем говорить о биосфере, давайте поговорим о том, какие вообще бывают уровни организации материи в живой природе.

Приятного изучения статьи! Если хочешь подготовиться на 80+, то обязательно посмотри вот этот способ подготовки (жми, чтобы перейти на сайт и почитать подробнее) 💚

Уровни организации живой материи:

1. Молекулярный — синтез белка, репликация.
2. Клеточный — деление клетки, иммунные реакции.
3. Тканевый — сокращение мышечной ткани.
4. Органный — очищение токсинов в печени.
5. Организменный — проведение нервного импульса.
6. Популяционно-видовой — процессы, затрагивающие взаимоотношения внутри одного вида (брачный танец павлина, миграция волков).
7. Биоценотический — взаимоотношения между организмами без учета абиотического фактора (симбиоз рака-отшельника и актинии).
8. Биогеоценотический (или экосистемный) — процессы, затрагивающие взаимоотношения двух и более популяций и видов с учётом абиотического фактора (дождевой тропический лес).
9. Биосферный — круговорот веществ в природе, совокупность биогеоценозов планеты.

***

Биосфера

Ограничения биосферы

Биосфера — это оболочка Земли, преобразованная живыми существами. Появилась она сразу после зарождения жизни.

Биосфера пронизывает всю гидросферу, она есть в верхней части литосферы, она есть в нижней части атмосферы.

При этом биосфера изменяется во времени и способна влиять на оболочки Земли, в которых присутствует. Например, благодаря биосфере на верхней поверхности литосферы появилась почва, разрушились некоторые слои горных пород (жизнедеятельность лишайников), сформировались некоторые ландшафты.

Необходимо понимать, где и как биосфера ограничивается:

• Сверху — ограничена озоновым слоем, защищающим от УФ излучения (22-25 км)
• Снизу — ограничена давлением, температурой, отсутствием света в литосфере (3 км)

Вещества биосферы

Как и любая оболочка Земли, биосфера состоит из определённых веществ. Нужно знать четыре категории веществ биосферы:

• Косное — песок, глина, базальт, гранит, мрамор, вода. Это вещество, которое образовалось независимо от присутствия живых существ.
• Биокосное — почва, ил. Это результат взаимодействия живых организмов с неживыми объектами.
• Биогенное — торф (отложения мха сфагнума), природный газ, каменный уголь (отложения древовидных папоротников), нефть, известняк (мел), ракушечник. Это вещество, которое сформировалось в результате деятельности или смерти живых организмов.
• Живое — все живые организмы.

***

Функции живого вещества биосферы по Вернадскому

Подробное влияние живого вещества на биосферу описал учёный Вернадский.

1) Энергетическая функция

Из-за жизнедеятельности организмов энергия имеет свойство переходить из одного состояния в другое.

Примеры: преобразование энергии кванта света в энергию связей глюкозы в фотосинтезе, преобразование энергии макроэргических связей АТФ в энергию тепла.

2) Газовая функция

Организмы способны изменять и поддерживать определённый газовый состав атмосферы. При этом в задании всегда дан какой-то газ.

Примеры: выделение кислорода в процессе фотосинтеза, поглощение углекислого газа в процессе фотосинтеза, поглощение кислорода в процессе дыхания, выделение метана в процессе пищеварения, выделение или поглощение свободного азота.

3) Концентрационная функция

Данная функция связана со способностью организмов накапливать в себе определённые вещества или элементы.

Примеры: накопление кремнезёма (SiO2) в клетках хвоща, накопление кальция (Ca) в костях, накопление крахмала в клубнях картофеля, накопление йода в ламинарии.

4) Окислительно-восстановительная функция

Пожалуй, самая сложная функция. Организмы, исходя из названия этой функции, способны изменять степень окисления различных веществ, непосредственно участвуя в окислительно-восстановительных реакциях с этими веществами.

Примеры: изменение степени окисления азота, железа, серы, водорода при хемосинтезе, изменение степени окисления азота при его фиксации клубеньковыми бактериями, изменение степени окисления углерода при фотосинтезе и дыхании.

5) Транспортная функция

Участие организмов в переносе веществ, перераспределении элементов и соединений (при вылове рыбе соединения фосфора перемещаются на сушу, птицы при перелете переносят химические элементы, пестициды, тяжелые металлы в своем теле из одного региона в другой).

6) Деструктивная функция

Ее осуществляют редуценты - они разлагают, минерализуют мертвую органику. Это позволяет замкнуть круговорот веществ в биосфере.

7) Средообразующая функция

Живые организмы изменяют условия обитания как для себя, так и для других видов (например, в лесу другая влажность, температура, освещенность, чем на лугу). В ходе эволюции фотосинтезирующие бактерии сформировали кислородную атмосферу, сильно изменив среду обитания всех существовавших видов.

***

Круговорот веществ в биосфере

Круговорот углерода:

1. Углекислый газ в атмосфере.
2. Поглощение углекислого газа растениями и цианобактериями в процессе фотосинтеза (темновой фазы). Далее растение (бактерия) использует полученную глюкозу для дыхания, выделяется углекислый газ, который возвращается обратно в атмосферу.
3. Консументы I порядка едят растения, забирая их синтезированные углеводы. В процессе дыхания консументы I порядка возвращают углекислый газ в атмосферу.
4. Далее углеводы идут по пищевым цепям. В процессе дыхания все консументы возвращают углекислый газ в атмосферу.
5. Когда растения и животные погибают, редуценты переводят в минеральное состояние остатки их органики, в процессе дыхания или брожения возвращая углекислый газ в атмосферу. Как вы успели заметить, все аэробные организмы (продуценты, консументы, редуценты) так или иначе участвуют в выделении углекислого газа, то есть возвращении его в атмосферу.
6. Часть углерода в виде осадочных пород (карбонатов) и полезных ископаемых (нефть, газ, уголь) оседает и выключается из круговорота.

Круговорот азота:

Самый сложный цикл.

Для начала нужно определиться с понятиями. Свободный азот — это N2, то есть обычный азот атмосферы. Связанный азот — это ионы аммония (NH4+), нитраты (NO3-), нитриты (NO2-).

1. Свободный азот атмосферы. Его там 78%. Эукариоты (грибы, растения, животные) не могут связывать свободный азот.
2. Связывание (фиксация) азота азотфиксирующими организмами. В основном это клубеньковые бактерии рода Rhizobium, однако к фиксации азота способны также некоторые группы цианобактерий и бактерий в составе лишайника. Азотфиксаторы превращают азот в ионы аммония.
3. Нитрифицирующие бактерии в ходе нитрификации превращают аммоний в нитраты и нитриты, повышая плодородие почвы.
4. Поступление аммонийного азота, нитратов и нитритов в корни растений.
5. Далее растения синтезируют белки из связанного азота, белки идут на жизнедеятельность и рост.
6. Животные едят растение, поглощая их азотистые соединения и используя их для построения своих белков.
7. Животные умирают. Аммонифицирующие бактерии (бактерии гниения) переводят азот из аминокислот в аммиак и его соли. Это процесс минерализации, поэтому его совершают редуценты — бактерии гниения.
8. Далее аммиак и соли аммония в результате денитрификации (разложения связанного азота) возвращаются в свободное состояние.
9. Цикл замыкается.

Круговорот кислорода:

1. Кислород атмосферы (21%).
2. Кислород поглощается всеми аэробными живыми существами. Происходит дыхание. Кислород тратится на образование воды. В результате дыхания также выделяется углекислый газ.
3. Углекислый газ поглощается растениями и цианобактериями. Растения в процессе фотосинтеза в световой фазе в результате фотолиза воды выделяют кислород в атмосферу.
4. Цикл замыкается.

Круговорот воды:

1. Вода в атмосфере конденсируется из-за низких температур.
2. Возникают осадки (дождь, роса, туман).
3. Вода попадает на почву.
4. Вода проникает внутрь почвы, достигая водоносного слоя (в том числе грунтовых вод), всасывается растениями.
5. Грунтовые воды попадают в водоём.
6. Вода испаряется с поверхности водоёма, растения транспирируют (испаряют воду).
7. Цикл замыкается.

***

Поздравляю с успешным освоением новой темы!

Статьи — круто, но для сотки этого недостаточно. Жми сюда, чтобы узнать подробности о самом эффективном курсе подготовки к ЕГЭ по биологии 🫶