Почему поглощение растениями энергии солнца является необходимым условием существования биосферы

Шпаргалки по биологии

2. Круговорот веществ — необ­ходимое условие существования биосферы.Звенья биологического круговорота веществ: 1) создание растениями в процессе фотосинте­за органических веществ из неор­ганических (первичная продук­ция); 2) превращение животными первичной продукции во вторич­ную (животную); 3) разрушение первичной и вторичной продукции бактериями и грибами. Включение в биологический круговорот раз­личных химических элементов (кислорода, углерода, азота) и ве­ществ (воды), переход их из внеш­ней среды в организмы, перемеще­ние по цепям питания, возврат во внешнюю среду. Многократное ис­пользование веществ в кругово­роте.

3. Постоянный приток энергии в

биосферу — необходимое условие круговорота веществ. Солнце — ос­новной источник энергии, исполь­зуемой в круговороте веществ. Роль растений в поглощении и использовании световой энергии Солнца, в преобразовании ее в энергию химических связей. Ис­пользование животными, грибами, значительной частью бактерий органических веществ и заклю­ченной в них энергии. Освобожде­ние энергии, заключенной в орга­нических веществах, в процессе дыхания (окисления), брожения, гниения.

Надо рассмотреть строение клетки, найти в цитоплазме хлоро-

пласты по зеленой окраске, кото­рую им придает хлорофилл. Хлорофилл поглощает солнечный свет и использует солнечную энергию на образование органиче­ских веществ из неорганических. Фотосинтез происходит в хло-ропластах. Они имеют вид оваль­ных телец, расположенных в ци­топлазме, в клетке их очень мно­го.

соот­ветствие строения клеток, тканей, органов, систем органов выполняе­мым функциям, признаков орга­низма среде обитания. Примеры:

наличие крист в митохондриях — приспособление к расположению на них большого числа ферментов, участвующих в окислении органи­ческих веществ; удлиненная фор­ма сосудов, их прочные стенки — приспособленность к передви­жению по ним воды с растворен­ными в ней минеральными ве­ществами в растении. Зеленая

окраска кузнечиков, богомолов, многих гусениц бабочек, тлей, рас-тительноядных клопов — приспо­собленность к защите от поедания птицами.2. Причины приспособленно­сти

— движущие силы эволюции:наследственная изменчивость, борь­ба за существование, естествен­ный отбор.3. Возникновение приспособ­лений и его научное объяснение.

Пример формирования приспо­собленности у организмов: насе­комые раньше не имели зеленой окраски, но вынуждены были перейти на питание листьями растений. Популяции неоднород­ны по окраске. Птицы съедали хо­рошо заметных особей, особи с мутациями (появление у них зеле­ных оттенков) были менее заметны на зеленом листе. При размно­жении у них возникали новые мутации, но преимущественно со­хранялись естественным отбором особи с окраской зеленых тонов. Через множество поколений все особи данной популяции насе­комых приобрели зеленую окрас­ку.4. Относительный характер приспособленности.

Признаки ор­ганизмов соответствуют лишь оп­ределенным условиям среды. При изменении условий они становятся бесполезными, а иногда и вредны­ми. Примеры: рыбы дышат с помо­щью жабр, через них из воды в кровь поступает кислород. На су­ше рыба не может дышать, так как кислород из воздуха не поступает в жабры. Зеленая окраска насеко­мых спасает их от птиц, только когда они находятся на зеленых

частях растения, на другом фоне они становятся заметны и не защи­щены.

5. Ярусное расположение рас­тений в биогеоценозе —

пример приспособленности их к использо­ванию энергии света. Размещение в первом ярусе наиболее свето­любивых растений, а в самом ниж­нем — теневыносливых (папорот­ник, копытень, кислица). Плот­ное смыкание крон в лесных сообществах — причина небольшо­го числа ярусов в них.

Источник

Превращения энергии в биосфере.

Круговорот веществ — необходимое условие существования биосферы. Постоянный приток энергии в биосферу — необходимое условие круговорота веществ. Солнце — основной источник энергии, используемый в круговороте веществ. Роль растений в поглощении и использовании световой энергии солнца, в преобразовании ее в энергию химических связей. Использование животными, грибами, значительной частью бактерий органических веществ и заключенной в них энергии. Освобождение энергии, заключенной в органических веществах, в процессе дыхания (окисления), брожение и гниения. Превращение энергии в биосфере. Для дыхания необходим кислород, а в результате этого процесса образуется энергия, которая используется организмом для своей жизнедеятельности. Разрушение использованных или отмерших остатков биомассы осуществляют разнообразные организмы, относящиеся к числу сапрофитов (гетеротрофные бактерии, грибы и т.д.). Они разлагают остатки биомассы на неорганические составные части (минерализация), способствуя вовлечению в биологический круговорот соединений и химических элементов, что обеспечивает очередные циклы продуцирования органического вещества. Содержащаяся в пище энергия не совершает круговорота, а постепенно превращается в тепловую энергию. Вследствие непрерывно происходящих потерь энергии необходимо, чтобы она столь же непрерывно поступала в экосистемы в виде энергии солнца.

Трофические уровни.

Трофический уровень — совокупность организмов, объединенных типом питания. Различают пять трофических уровней:

-2- первичные консументы (растительноядные организмы);

-3- вторичные консументы (хищники) и паразиты первичных консументов;

-4- вторичные хищники, нападающие на других хищников, и паразиты вторичных консументов;

-5- надпаразиты высоких порядков.

— условная единица, обозначающая удалённость от продуцентов в трофической цепи данной экосистемы. В некоторых случаях в трофической сети можно сгруппировать отдельные звенья по уровням таким образом, что звенья одного уровня выступают для следующего уровня только в качестве пищи. Такая группировка называется трофическим уровнем. I трофический уровень — всегда растения, II трофический уровень — первичные консументы, III трофический уровень — вторичные консументы и т.д. Детритофаги могут находиться на II и выше трофическом уровне. Обычно в экосистеме насчитывается 3-4 трофических уровня. Это объясняется тем, что значительная часть потребляемой пищи тратится на энергию (90 — 99 %), поэтому масса каждого трофического уровня меньше предыдущего. На формирование тела организма идет относительно немного (1 — 10 %.Соотношение между растениями, консументами, детритофагами выражают в виде пирамид. Пирамида биомассы — показывает соотношение биомасс различных организмов на трофических уровнях. Пирамида энергии- показывает поток энергии через экосистему. Очевидно, что существование большего числа трофических уровней невозможно, из-за быстрого приближения биомассы к нулю.

Географические закономерности распределения биомассы и биопродуктивности.

Закономерности географического распределения и продуцирования Биомасса интенсивно изучаются в связи с решением вопросов рационального использования биологической продуктивности и охраны биосферы Земли.
В. И. Вернадский в своём учении о биосфере и геологической роли живой природы привлек внимание к определению общей Биомасса всех форм жизни на Земле. Об этой величине можно судить только по грубым оценкам, подлежащим дальнейшему уточнению. Наиболее великаБиомасса лесов; так, общий запас древесины исчисляют примерно в 300 млрд. т сухого вещества. Среди наземных животных Биомассапочвенных животных близка к 0,5 млрд. т сухого вещества, общая Биомасса всех прочих животных суши на 1—2 порядка величин меньше. Согласно расчётам советского гидробиолога В. Г. Богорова, общая Биомасса всех растительных организмов океана — 1,7 млрд. т, животных — 32,5 млрд. т сырого вещества, т. е. в круглых цифрах 0,3 и 6 млрд. т сухого вещества. Общая Биомасса бактерий и других микроорганизмов ещё не поддаётся определению, но, несомненно, она выражается значительными величинами и в биоценозах суши превосходит Биомасса животных.

1. Биомасса повышена на границах контакта оболочек

2. Биомасса суши больше биомассы океана в 200 раз.

3. На суше фитомасса больше зоомассы.

4. В океане зоомасса больше фитомассы за счет высокой продуктивности планктона.

5. Биомасса убывает от экватора по направлению к тропическим пустыням, к полюсам, к горам.

6. В океане продукция значительно больше биомассы.

7. На суше биомасса значительно больше продукции.

Почвенный покров, строение, процессы.

Почва – особое биокосное образование; результат взаимодействия горных пород, живых организмов, воды, воздуха во времени. Гумус – органо-минеральное образование, свойственное почве, условие почвенного плодородия.Дифференциация почвенного профиля на горизонты происходит в результате перераспределения вещества под действием воды и живых организмов.

Строение почвы — определенная смена в вертикальном направ­лении ее слоев, или генетических горизонтов. Эти горизонты отли­чаются один от другого цветом, структурой, сложением и другими морфологическими признаками. Они имеют различный химический, а нередко и механический состав, в них по-разному протекают микробиологичесис процессы.

Обычно выделяют следующие генетические горизонты: пахотный; лесная подстилка; дернина; гумусово-аккумулятивный; элювиальный; иллювиальный, переходный; глеевый; материнская порода; подстилающая порода.

Пахотный горизонт.

На всех пахотных почвах с поверхности расположен пахотный горизонт. Этот слой образуется за счет верхних горизонтов почвы. В зависимости от типа почвы и мощности пахотного слоя в последний входит весь гумусовый горизонт или часть его. Если мощность пахотного слоя превышает мощность горизонта то в него войдут и расположенные ниже горизонты. Лесная подстилка . На непахотных (целинных и залежных) почвах с поверхности залегает горизонт разлагающихся органических остатков с примесью минеральных частиц. В лесах это слой лесной подстилки (опавшие листья, хвоя, ветки и т.д.), а на лугах и в степях — степной войлок (опавшие стебли и листья, а также живые и мертвые узлы кущения травянистых растений).

Гумусово-аккумулятивный горизонт. Этот горизонт формируется в верхней части почвенного профиля. В нем накапливается (аккумулируется) наибольшее количество органиче­ского вещества (гумуса) и питательных веществ. Гумусово-элювиальиый горизонт характеризуется тем, что здесь наряду с накоплением гумуса происходит разрушение минералов и частичный вынос продуктов разрушения.

Элювиальный горизонт . Это горизонт, из которого в процессе почвообразования выносится ряд веществ в нижележащие горизонты или за пределы почвенного профиля. В результате горизонт обедняется глинистыми минералами, полуторными окислами и относительно обогащается кремнеземом.

Иллювиальный горизонт . В нем частично откладываются вещества, которые вымываются из почвенных горизонтов, расположенных выше, а иногда приносятся боковым током почвенно-грунтовых вод с повышенных элементов рельефа.

Глеевый горизонт образуется в гидроморфных почвах. Вследствие длительного или постоянного избыточного увлажнения и недостатка свободного кислорода в почве происходят вос­становительные процессы, что приводит к образованию закисных соединений железа и марганца, подвижных форм алюминия, деза­грегированию почвы и формированию глеевого горизонта.

Материнская порода . Представляет собой не затронутую или слабо затронутую почвообразовательными процессами породу.

Подстилающая порода . Выделяется в том случае, когда почвенные горизонты образовались на одной породе, а ниже нее расположена порода с другими свойствами.

ГЛОБАЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ ПОЧВ

· Концентрирование необходимых для организмов биофильных элементов в доступных формах

· Среда для живых организмов

· Связующее звено и регулирующий механизм геологической и биологической циркуляции вещества

· Геохимические барьеры на пути миграции вещества

· Регулирование состава атмосферы и гидросферы

· Регулирование интенсивности накопления биомассы и контроль биоразнообразия

· Накопление гумуса и связанной с ним химической энергии

Источник

*§ 50—1. Условия существования живых организмов в биосфере

Оглавление

Преамбула

Для существования жизни на Земле необходимы следующие ключевые условия: наличие источника световой энергии, определенная концентрация кислорода и углекислого газа, необходимый минимум минеральных веществ, достаточное количество жидкой воды, определенный интервал благоприятных температур, отсутствие загрязняющих веществ, которые по своим свойствам и концентрации превосходят допустимые для жизни уровни.

Значение и использование световой энергии

Источником энергии, необходимым для существования жизни на Земле, как вы уже знаете, является Солнце. Улавливание энергии Солнца происходит растениями, содержащими хлорофилл, в процессе фотосинтеза. В результате солнечная энергия преобразуется в энергию химических связей синтезированных органических веществ. В дальнейшем эта энергия используется для жизнедеятельности как самих растений, так и других организмов, использующих растения в качестве пищи.

Значение кислорода и углекислого газа

Кислород является побочным продуктом фотосинтеза. В настоящее время всеми зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами планеты продуцируется около 170 млрд т кислорода в год.

Из молекулярного кислорода под действием ультрафиолетовых лучей образуется озон (О₃), который на высоте 22—25 км формирует мощный экран. Озоновый экран способен задерживать основную массу ультрафиолетовых лучей, защищая организмы от их губительного действия.

Кислород играет значительную роль в обмене веществ для большинства живых организмов. Он участвует в процессе дыхания, в результате которого высвобождается энергия, необходимая для синтеза различных органических соединений, роста, развития и размножения организмов.

Дыхание является одним из основных процессов обмена веществ живого организма, в результате которого выделяется углекислый газ. Роль углекислого газа, как и кислорода, в биосфере также очень велика. Ежегодно растения поглощают из атмосферы около 250 млрд т этого газа. Он принимает участие в образовании живого органического вещества в процессе фотосинтеза.

Являясь парниковым газом, углекислый газ участвует в формировании климата на планете.

Значение минеральных веществ

Первичными источниками микроэлементов в основном являются горные породы, частично — атмосфера, воздух и почвенно-грунтовые воды. Соединения микроэлементов в породах и особенно в почвах отличаются разнообразием. Многие микроэлементы существенно влияют на процессы почвообразования и активно в них участвуют. Растения потребляют микроэлементы главным образом из почвы, в меньшей степени — из воздуха и воды. Оседающая атмосферная пыль также является источником микроэлементов, которые проникают в растения и животных непосредственно через эпидермис или эпителий. Микроэлементы важны для живых организмов: они участвуют в обменных процессах и воздействуют на развитие растений и животных. Живые организмы резко реагируют на недостаток или избыток микроэлементов. После гибели живых организмов при разложении отмершей органики происходит минерализация и в почвенном слое образуется необходимое количество минеральных веществ. Эти вещества могут участвовать в процессе почвообразования и вовлекаться растениями и микроорганизмами в круговорот веществ.

Значение и свойства воды

Немаловажным условием существования жизни является наличие на планете воды в жидком состоянии. В. И. Вернадский писал, что нет другого минерального вещества, которое могло бы оказать такое влияние на ход основных геологических процессов

Чистая вода представляет собой бесцветную прозрачную жидкость. Это единственное вещество, встречающееся на Земле в естественных условиях в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном.

При переходе из твердого состояния в жидкое, в отличие от других веществ, плотность воды вначале возрастает, а затем уменьшается. Увеличение ее плотности происходит в диапазоне температур от 0 до 4 о С. При 0 о С, когда вода замерзает, плотность льда скачкообразно снижается более чем на 9 %. Благодаря этому удивительному свойству при приближении зимы и охлаждении всей толщи воды в водоеме до 4 о С перемешивание ее слоев, вызываемое охлаждением, заканчивается. Поверхностный слой воды замерзает и остается на поверхности водоема в виде льда, защищая тем самым нижележащие слои от замерзания. Благодаря этим свойствам водоемы не промерзают до дна, что дает возможность сохранить разнообразные живые водные организмы.

Большое значение для обеспечения существования биосферы имеет и высокая теплоемкость воды. Мировой океан является крупнейшим накопителем и перераспределителем солнечной энергии, преобразованной в тепловую. Благодаря высокой теплоемкости воды при переходе от лета к зиме либо в ночное время вода медленно остывает, отдавая накопленную энергию. В утренние часы и при переходе от зимы к лету вода медленно прогревается. Так обеспечивается сглаживание амплитуды колебаний среднесуточной и среднегодовой температур, а также стабилизируются многие экологические факторы, такие как влажность воздуха и климат.

Для организмов вода также имеет существенное значение. В живых клетках ее содержание составляет от 60 до 98 %. Вода является средой, в которой происходят все биохимические реакции, необходимые для жизнедеятельности организма. Без воды невозможно образование растениями углеводов в процессе фотосинтеза. Вода осуществляет транспортную функцию и выводит из организма продукты распада сложных органических веществ. Она используется для поддержания температурного режима как у растений в ходе транспирации, так и у животных, выделяясь в виде пота. При испарении воды понижается температура поверхности живого организма. Водный обмен между средой и живым организмом состоит из двух противоположных процессов: первый — поступление воды в организм, второй — выделение ее в окружающую среду. Выведение воды из организма животных происходит с мочой, экскрементами и путем испарения.

Зачастую вода используется людьми крайне нерационально. Бережное отношение к воде — прямая обязанность каждого жителя Земли.

Значение температурных условий

Значение температуры в биосфере заключается в том, что она изменяет скорость протекания биохимических реакций в клетках живых организмов, что отражается на их росте, развитии, размножении, поведении и во многом определяет географическое распространение растений и животных. При выходе значений температуры за пределы выносливости организмов происходит их массовая гибель.

В. И. Вернадский определил биосферу как термодинамическую оболочку с температурой от –50 °С до +50 °С и давлением около 1 атм. Эти условия и определяют границы жизни для большинства организмов.

Распределение жизни в биосфере в зависимости от температурных условий отличается крайней неравномерностью. Она чрезвычайно обильна и разнообразна в экваториальных и тропических лесах, менее развита в пустынях, тундрах, глубинах океана и высоко в горах. Полностью лишены жизни в настоящий период лишь области обширных оледенений.

Это интересно. Крайние пределы температур, которые выносят некоторые формы жизни, — от абсолютного нуля (–273,15 °С) до +180 °С. Это крайние значения шкалы температурной толерантности земных организмов. Однако они способны выживать при таких температурах лишь в состоянии анабиоза или в виде спор.

Загрязняющие вещества и их значение

Негативные последствия на существование живых организмов оказывает воздействие загрязняющих веществ. В современных условиях таких веществ достаточно большое количество. Источниками загрязняющих веществ являются технологическое оборудование, машины, механизмы. К наиболее опасным загрязняющим веществам относятся канцерогенные вещества, воздействие которых на организм человека или животных повышает вероятность возникновения злокачественных опухолей (ионизирующее и ультрафиолетовое излучения, нитраты, нитриты, формальдегид, ароматические углеводороды). Для этих веществ не существует нижних пределов безопасности и любые их количества опасны для живых организмов. Чтобы сохранить видовое разнообразие живых организмов, необходимо знать предельно допустимые уровни содержания загрязняющих веществ, при которых возможна нормальная жизнедеятельность организмов.

Повторим главное. Жизнь обладает значительным запасом прочности и устойчивости к воздействию среды. Живые организмы могут существовать в широком диапазоне условий среды. Однако для существования жизни на Земле необходим ряд условий. Одним из них является наличие источника световой энергии. Не менее важными условиями являются наличие определенных концентраций кислорода и углекислого газа, нужного количества минеральных веществ, достаточного количества жидкой воды, определенного интервала благоприятных температур и отсутствие загрязняющих веществ, которые по своим свойствам и концентрации превосходят допустимые для жизни уровни.

Проверим знания

1. Перечислите ключевые условия, необходимые для существования жизни на Земле.
2. Почему для существования жизни на Земле необходима энергия Солнца?
3. Какую роль для поддержания жизни на Земле играет процесс фотосинтеза?
4. Для чего на Земле необходим процесс разложения органического вещества?
5. Какими свойствами, необходимыми для поддержания жизни, обладает вода?

1. Где в биосфере наблюдается наибольшая плотность живого вещества? Какие условия для этого нужны?
2. За счет чего формируется температурный режим, благоприятный для жизни на Земле?
3. Какие загрязняющие вещества характерны для вашего региона? Предложите меры для уменьшения количества этих веществ.

Источник