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

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.

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.

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.

Проверим знания