ГДЗ: Параграф § 65 / Биология 11 класс

Биосфера является глобальной экосистемой, потому что она охватывает всю планету, состоит из взаимодействующих живых и неживых компонентов и обладает следующими особенностями:

• Она представляет собой открытую биологическую систему, которая постоянно обменивается энергией (солнечной) и веществом с космическим и планетарным пространством.
• В ней протекают глобальные биогеохимические круговороты веществ, обеспечивающие жизнь.
• Она находится в состоянии динамического равновесия, которое поддерживается и регулируется механизмами обратной связи.

Динамическое равновесие поддерживается за счет действия двух типов механизмов обратной связи:

• Отрицательная обратная связь: Смягчает или устраняет изменения, возвращая систему к стабильному состоянию (например, рост популяции хищников сдерживается уменьшением числа жертв, что стабилизирует обе популяции).
• Положительная обратная связь: Усиливает изменение, приводя систему к новому уровню равновесия (например, развитие фотосинтезирующих организмов, которое привело к увеличению кислорода в атмосфере и созданию условий для эволюции новых групп).

• Отрицательная обратная связь: Увеличение численности травоядных животных приводит к уменьшению растительной массы; это, в свою очередь, ограничивает рост популяции травоядных и позволяет восстановиться растительности.
• Положительная обратная связь: Появление в биосфере человека, который начал активно преобразовывать природу, усилило это преобразующее воздействие, создав новые условия и стимулируя дальнейшее изменение компонентов биосферы (загрязнение, изменение климата).

Круговороты веществ в биосфере делятся на:

• Большой (Геологический): Протекает медленно, в течение миллионов лет, охватывая оболочки Земли (литосферу, гидросферу, атмосферу) и не всегда включая живое вещество (например, круговорот воды).
• Малый (Биологический): Протекает быстро, является основным процессом в биосфере и включает постоянный обмен веществами с участием живых организмов (биогеохимические циклы).

Сходство: Оба являются круговоротами вещества, поддерживающими стабильность биосферы.

Различие: Различаются по масштабу времени (миллионы лет против десятилетий/столетий) и по степени участия живых организмов (малый круговорот полностью биологически опосредован).

На схеме цикла углерода (рис. 283) показаны:

• Ассимиляция \( \text{CO}_{2} \) (фотосинтез) зелеными растениями.
• Выделение \( \text{CO}_{2} \) при дыхании (растениями и животными), брожении, минерализации (разложении) органических остатков и сжигании ископаемого топлива.
• Образование карбонатов (мел, известняк) и ископаемого топлива (уголь, нефть).

Значение для живого вещества: Углерод (C) является основой всех органических соединений (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот) и, следовательно, основой жизни.

Места накопления: В атмосфере (в виде \( \text{CO}_{2} \)), в гидросфере (растворен в воде), в литосфере (в составе карбонатов и ископаемого топлива), и в составе органического вещества живых организмов (биомасса) и их остатков.

На схеме цикла азота (рис. 284) изображены следующие процессы:

• Атмосферная фиксация и биологическая фиксация (азотфиксирующими бактериями) азота \( \text{N}_{2} \) из атмосферы.
• Образование аммиака \( \text{NH}_{4}^{+} \) (из мертвых остатков) и его преобразование в нитриты \( \text{NO}_{2}^{-} \) и затем в нитраты \( \text{NO}_{3}^{-} \) (нитрификация).
• Обратное преобразование нитратов в газообразный азот \( \text{N}_{2} \) или оксид азота \( \text{N}_{2}\text{O} \) (денитрификация).
• Потребление азота животными (в виде органических веществ) и растениями (в виде нитратов и аммония).

Формы азота для организмов:

• Растения: Используют нитраты \( \text{NO}_{3}^{-} \) и аммоний \( \text{NH}_{4}^{+} \) (образуется из органических остатков при минерализации).
• Животные: Получают азот только в виде органических веществ (белков, нуклеиновых кислот) с пищей.
• Микроорганизмы: Разные группы используют газообразный азот \( \text{N}_{2} \) (азотфиксаторы), аммоний, нитриты и нитраты (нитрифицирующие и денитрифицирующие бактерии), а также органические вещества.

Ритмичность явлений в биосфере

Ритмичность — это периодическое повторение явлений в биосфере. Она обусловлена как внутренними (тектонические процессы, вулканизм), так и внешними факторами (гравитационные и корпускулярные воздействия Солнца и Луны).

• Гравитационные воздействия: Связаны с изменением орбиты Земли и Луны. Примеры:
  • Приливы и отливы (суточный и лунный цикл).
  • Климатические циклы (0,4; 1,2; 2,5; 3,7 млн лет), которые вызывают глобальные изменения климата и, соответственно, биосферы (например, ледниковые периоды).
• Корпускулярные воздействия: Связаны с потоками заряженных частиц от Солнца (солнечная активность, солнечные вспышки). Примеры:
  • Влияние циклов солнечной активности (11-летний цикл) на биологические, химические и социальные процессы на Земле (отмечено А. Л. Чижевским).

Значение для жизни на Земле: Ритмы биосферы, особенно 400-тысячелетние циклы («биосферные часы»), влияют на неоднократное вымирание и эволюционное развитие различных групп организмов. Они являются фундаментальными факторами, которые формируют и регулируют жизнь на планете.