Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 32. Біосфера та біогеохімічні цикли

Що таке екосистема? Чи є екосистемою Чорне море? Які особливості має біосферний рівень організації живого? Чи можуть взаємодіяти між собою екосистеми з різних куточків планети? Які організми є продуцентами, консументами і редуцентами?

Структура і межі біосфери

Як ви вже знаєте, біосфера — це одна з оболонок Землі, глобальна екосистема, яка об'єднує всі екосистеми нашої планети. Поняття «біосфера» (від грецьк. біос — життя) запропонував 1875 року австрійський геолог Е. Зюсс. Учення про біосферу як особливу частину Землі, населену живими організмами, сформулював український науковець В. І. Вернадський, хоча раніше над цим працював французький біолог Ж.-Б. Ламарк.

Біосфера не утворює окремої оболонки Землі, а є частиною геологічних оболонок земної кулі, заселених живими організмами. Вона займає верхню частину літосфери, усю гідросферу та нижній шар атмосфери. Це єдина глобальна екосистема вищого порядку.

Біосфера складається з чотирьох основних компонентів:

• жива речовина;

• біогенна речовина;

• косна речовина;

• біокосна речовина.

До живої речовини належать усі живі організми (бактерії, гриби, рослини, тварини тощо), а до біогенної речовини — уся речовина, створена або перероблена живими організмами (вугілля, торф, кисень тощо). Косна речовина утворилася без участі живих організмів (базальт, граніт тощо), а біокосна створюється за одночасною участю живих організмів і факторів неживої природи (ґрунт, мул тощо).

Основні біоми Землі

Основу біосфери Землі складають великі об'єднання екосистем її природно-кліматичних зон, які називають біомами. Існує кілька класифікацій біомів. Як правило, окремо розглядають водні й наземні біоми (мал. 32.1).

Мал. 32.1. Деякі наземні біоми: тундра, степ і пустеля

Класифікація наземних біомів

Біом

Характеристика

Тундра

Біом навколополярних регіонів розташований у зоні вічної мерзлоти. Лісові масиви відсутні, рослинність переважно трав'яниста, утворена мохами, лишайниками і низькорослими травами та невеликими чагарниками

Хвойні ліси

Біом утворений переважно хвойними лісами без домішок або з малими домішками листяних порід. Розташований переважно в регіонах із помірним або континентальним кліматом. Значна частина таких лісів у деяких регіонах планети має штучне походження

Листопадні ліси

Біом утворений переважно листяними лісами, які скидають листя перед початком холодного сезону. Розташований зазвичай ближче до екватора, порівняно з хвойними лісами. Відрізняється від хвойних лісів більшим видовим різноманіттям

Тропічні ліси

Біом розташований у тропічній зоні планети в місцях із високою вологістю

і високими цілорічними температурами повітря. Мають найвище видове різноманіття серед біомів

Степи

Біом помірного поясу північної і південної півкуль, для якого є характерним домінування трав'янистої рослинності і менша кількість опадів, ніж для лісових біомів

Пустелі

Біоми зі значним дефіцитом вологи, населені організмами, які пристосувалися до ксерофітних умов існування. Характеризуються дуже низькою щільністю організмів і розрідженим рослинним покривом. Як окремий вид пустель часто визначають снігові пустелі Арктики та Антарктики

На основі солоності водні біоми поділяють на біоми солоних і прісних вод. Серед біомів прісних вод розрізняють біоми стоячих і проточних вод (мал. 32.2, с. 118), а біоми солоних вод поділяють на прибережні та океанічні.

Мал. 32.2. Деякі прісноводні біоми: річки зі швидкою та повільною течією і стояча водойма

Важливим показником, який визначає особливості водних біомів, є насиченість води киснем. Найбільша насиченість киснем у прісноводних біомах характерна для мілких річок зі швидкою течією. У стоячих водоймах уміст кисню найменший. Через нестачу кисню в таких біомах живе велика кількість анаеробних мікроорганізмів.

У морських екосистемах також можлива наявність біомів із низьким рівнем умісту кисню. Але виникає вона за специфічних умов. Наприклад, безкисневою є глибоководна частина Чорного моря.

Ще один важливий для водних біомів показник — забезпеченість поживними і мінеральними речовинами. У більшості випадків вони потрапляють у біом із прибережних екосистем або підіймаються висхідними течіями з більш глибоких районів океану. У тих місцях водних біомів, де таке надходження речовин практично відсутнє, різноманіття живих організмів низьке, а їхня кількість дуже мала.

Ключові біогеохімічні цикли

Як і будь-яка інша екосистема, біосфера може існувати лише за рахунок безперервних потоків речовини та енергії, які проходять через неї та утворюються всередині неї. Одними з основних таких потоків є біогеохімічні цикли хімічних елементів.

Вони — необхідна умова існування всієї біосфери, тому що елементи цих циклів входять до складу живих організмів. Їх безперервне використання організмами без існування циклів колообігу дуже швидко вичерпало б ресурси планети і зробило життя на Землі неможливим.

Основними елементами, які беруть участь у біогеохімічних циклах, є Нітроген, Сульфур, Фосфор, Карбон тощо (мал. 32.3). В основі цих циклів лежать процеси отримання живими організмами потрібних елементів, їх використання ними, переміщення цих елементів по трофічних ланцюгах до редуцентів і повернення редуцентами елементів до неживих компонентів екосистем.

Мал. 32.3. Біогеохімічні цикли Карбону і Нітрогену

В усіх біогеохімічних циклах мають місце як процеси, які здійснюються живими організмами, так і процеси видозмінювання та міграцій неорганічних речовин. Наприклад, у циклі Нітрогену основним джерелом його сполук для біоценозів є атмосферний азот. Нітроген з азоту може переходити у форму, придатну для споживання організмами двома шляхами — за рахунок діяльності азотфіксуючих мікроорганізмів і під дією блискавок. Вуглекислий газ утворюється в результаті дихання живих організмів та під час розкладання мертвої органіки. Але він може надходити в атмосферу і у складі вулканічних газів.

Суттєвий вплив на біогеохімічні цикли має діяльність людини. Так, значна частина Карбону в попередні геологічні епохи була виведена з колообігу у вигляді покладів кам'яного вугілля. Але людина почала активно використовувати ці запаси як паливо. Це стало причиною інтенсивних викидів вуглекислого газу в атмосферу і, як результат, включення раніше вилучених запасів Карбону в сучасні біогеохімічні процеси.

Отже, тепер ви знаєте

1. Що таке біосфера? 2. Які компоненти входять до складу біосфери? 3. Які межі має біосфера? 4. Які існують біоми? 5. Які хімічні елементи беруть участь у біогеохімічних циклах?

Запитання та завдання

6. На прикладі одного з хімічних елементів складіть схему його біогеохімічного циклу. 7*. Які фактори до сих пір заважають створити повністю автономну штучну екосистему?