Компоненты биосферы. Функции живого вещества

Классификация веществ, входящих в состав биосферы

Основными компонентами биосферы являются: живое, косное, биокосное и биогенное вещества.

Живое вещество — важнейший компонент биосферы.

Живое вещество — совокупность всех живых организмов на Земле с их способностью к размножению и распространению на планете, к борьбе за пищу, воду, территорию, воздух.

На живое вещество (по массе) приходится ничтожная доля по сравнению с массой Земли. Для живого вещества характерны рост, активное перемещение, стремление заполнить все окружающее пространство. Кроме того, живому веществу присущи удивительное разнообразие форм, размеров и химического состава и, конечно же, эволюция.

Косное вещество представлено минералами (алмаз, изумруд, кварц) и горными породами (гранит, мрамор). Их образование происходило и происходит без участия живого вещества. Эти процессы связаны, например, с выветриванием горных пород, их механическим разрушением, извержениями вулканов. Между косным и живым веществами существует неразрывная взаимосвязь. Например, она осуществляется в процессе дыхания живого вещества. При этом происходит перемещение атомов из косных компонентов биосферы в живые и обратно. По массе косное вещество биосферы многократно превосходит массу живого вещества.

Биокосное вещество является особым веществом биосферы. Оно представлено почвой, всеми природными водами, корой выветривания. Данное вещество является результатом непрерывного взаимодействия живого вещества с косным.

Проявлением деятельности живого вещества по преобразованию земной коры является его участие в создании осадочных пород органического происхождения (каменный уголь, различные руды, известняки, нефть). Результат этой работы был назван В. И. Вернадским биогенным веществом биосферы. Биогенное вещество происходит от живого вещества в результате его жизнедеятельности или отмирания. Так на планете Земля создавались залежи многих полезных ископаемых: торфа, нефти, угля и др.

Биомасса поверхности суши, Мирового океана, почвы

Биомасса представляет собой общую массу животных, растений и микроорганизмов, присутствующих в биосфере. Полная биологическая масса Земли оценивается приблизительно в 2420 млрд т. Биомассы живого вещества (зеленых растений, животных и микроорганизмов) на суше материков и в Мировом океане существенно различаются:

Биомасса живого вещества планеты (в пересчете на сухое вещество)
Организмы Биомасса живого вещества
Материковая часть Мировой океан
млрд т % млрд т %
Зеленые растения 2400 99,2 0,2 6,3
Животные и микроорганизмы 20 0,8 3,0 93,7
Всего 2420 100 3,2 100

Как видно из таблицы, наибольшая масса живых организмов биосферы сосредоточена на материках (более 98,7 %). Вклад океанической части в общую биомассу невелик (около 0,13 %). На суше значительно преобладает живое вещество растений (более 99 %), в океане — животных (более 93 %). В то же время при сравнении их абсолютных значений: 2400 млрд т растений и 3 млрд т животных — видно, что живое вещество на планете в подавляющем большинстве представлено наземными зелеными растениями. Биомасса гетеротрофных организмов составляет всего около 1 %.

Биомасса суши увеличивается от полюсов к экватору. Наибольшая биомасса живого вещества суши сконцентрирована в тропических лесах. Они являются наиболее продуктивными сообществами материковой части биосферы.

Мировой океан занимает более 2/3 поверхности планеты. Биомасса в нем распространена неравномерно и представлена преимущественно в верхней части планктоном. Биомасса наземных растений в 1000 раз превосходит общую массу океанических живых организмов. В то же время именно Мировой океан считается самой продуктивной средой по созданию биомассы. Это связано с интенсивными темпами размножения микроскопических представителей фито- и зоопланктона, их быстрым ростом и короткой продолжительностью жизни. Поэтому общий объем первичной годовой продукции, образуемой продуцентами Мирового океана, сопоставим с объемом продукции растений суши.

Почва как среда обитания характеризуется собственной биомассой, поскольку тесно связана с жизнедеятельностью многих организмов. Биомасса почвы — совокупность живых организмов, обитающих в почве и играющих ведущую роль в процессе ее формирования. В почве много микроорганизмов, протистов, червей, разлагающих органическое вещество. В поверхностных слоях живут зеленые водоросли и цианобактерии, снабжающие почву кислородом в процессе фотосинтеза. Кроме того, в почве обитают муравьи, клещи, кроты, сурки, суслики и др. Все они ведут большую почвообразовательную работу, создавая плодородие почвы, а после гибели становятся источником органического вещества для бактерий. Биомасса почвы, подобно растительной биомассе, имеет тенденцию к увеличению от полюсов к экватору.

Биогеохимические функции живого вещества

Выделяют следующие важнейшие функции живого вещества на планете: энергетическую, газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную.

Энергетическая функция. Энергия является необходимым условием существования и развития биосферы. Энергетическая функция реализуется, прежде всего, зелеными растениями. Главным поставщиком энергии в биосферу является Солнце. Как вы уже знаете, растения в процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в химических связях разнообразных органических соединений. После этого растительные организмы перераспределяют ее между всеми компонентами биосферы. Отметим, что из всей поступающей в биосферу солнечной энергии только около 1 % используется продуцентами для фотосинтеза и далее передается потребителям в составе органического вещества. Остальное поглощается атмосферой, гидросферой и литосферой, а также участвует в протекающих в биосфере физических и химических процессах, например: движение воздушных масс, выветривание горных пород и др.

Газовая функция заключается в постоянно протекающем газообмене кислорода и углекислого газа между живыми организмами и окружающей средой в процессе фотосинтеза и дыхания. Такие газы, как азот, сероводород, метан, также могут являться продуктами жизнедеятельности живых организмов и иметь биогенное происхождение. Благодаря живым организмам в атмосфере нашей планеты поддерживается постоянство газового состава.

Окислительно-восстановительная функция заключается в многообразии химических реакций, протекающих в организме в процессе его жизнедеятельности. Она обусловлена наличием в составе живых организмов химических элементов с переменной степенью окисления (марганец, железо, хром). Благодаря им и обеспечивается многообразие протекающих в организме окислительновосстановительных процессов. В процессе синтеза органических веществ преобладают восстановительные реакции и происходят затраты энергии. А в процессе окисления и расщепления в присутствии кислорода преобладают окислительные реакции с выделением энергии. Таким образом, жизнь в биосфере представляет собой непрерывный синтез и распад органических веществ, которые объединяют все живые организмы на Земле.

Концентрационная функция — избирательное накопление живым веществом химических элементов, рассеянных в окружающей среде. Например, панцири диатомовых водорослей, скелеты животных, раковины моллюсков — все это проявления концентрационной функции живого вещества. Образование биогенного вещества биосферы в виде залежей полезных ископаемых также является результатом концентрационной функции живого вещества.

Основными компонентами биосферы являются: живое, косное, биокосное и биогенное вещества. Наибольшая масса живых организмов сосредоточена на материках, причем биомасса продуцентов суши значительно преобладает. В океанической части биосферы консументы по биомассе превышают продуцентов. Живые организмы планеты в процессе жизнедеятельности выполняют энергетическую, газовую, окислительно-восстановительную, концентрационную функции.