Биосфера и человек: ЕГЭ по биологии, круговороты веществ и охрана природы

** изображение создано или обработано с помощью ИИ.

** изображение создано или обработано с помощью ИИ.

Биосфера объединяет живые организмы и части земных оболочек, в которых существует жизнь. Для ЕГЭ по биологии важно понимать, как организмы влияют на окружающую среду, каким образом перемещаются химические элементы и почему хозяйственная деятельность человека меняет природные системы.

В этой теме необходимо разобраться в четырёх основных вопросах: строение биосферы, функции живого вещества, круговороты углерода и азота, экологические последствия деятельности человека. Знание причин и механизмов процессов помогает решать задания на применение биологических понятий, а не только на воспроизведение определений.

Биосфера: состав, границы и виды вещества

Биосфера — оболочка Земли, в которой существует жизнь и проявляется преобразующее воздействие организмов. Она включает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы, где встречаются живые организмы.

Жизнь распределена по планете неравномерно. На её распространение влияют температура, освещённость, наличие воды, давление и доступность питательных веществ. Особенно велика концентрация организмов в местах взаимодействия воды, воздуха, почвы и живых существ.

Учение о биосфере разработал Владимир Иванович Вернадский. Он исследовал, как организмы изменяют химический состав окружающей среды, участвуют в образовании горных пород и влияют на природные процессы.

Виды вещества по В. И. Вернадскому

Почва относится к биокосному веществу: её формирование зависит от выветривания горных пород, воды и климатических условий, а также от деятельности бактерий, грибов, растений и животных.

Человек тоже входит в состав живого вещества. При этом промышленность, сельское хозяйство, строительство и добыча полезных ископаемых позволяют людям существенно менять природные процессы.

Функции живого вещества

** изображение создано или обработано с помощью ИИ.

Организмы не только используют ресурсы среды, но и изменяют её состав и свойства. Эти процессы описываются через функции живого вещества.

В разных учебных источниках классификация функций может немного отличаться. При подготовке важно знать смысл каждого понятия и уметь подобрать подходящий пример.

Одно растение способно выполнять несколько функций. При фотосинтезе оно поглощает углекислый газ и выделяет кислород, корни влияют на почву, а крона изменяет освещённость нижних ярусов растительности.

Ноосфера

В. И. Вернадский использовал понятие ноосферы для описания этапа развития биосферы, на котором разумная деятельность человечества приобретает значительное влияние на планету.

Это понятие связано с ответственным использованием научных знаний при взаимодействии общества и природы. Загрязнение окружающей среды и разрушение экосистем сами по себе не означают рационального развития биосферы.

Круговороты веществ и поток энергии

** изображение создано или обработано с помощью ИИ.

В экосистеме вещества многократно переходят из окружающей среды в организмы и обратно. Энергия движется иначе: поступает в экосистему, передаётся между организмами и постепенно рассеивается в виде тепла.

Основные участники пищевых связей:

1. Продуценты создают органические вещества из неорганических. К ним относятся зелёные растения и другие фотосинтезирующие организмы.
2. Консументы получают органические вещества, питаясь другими организмами или их частями.
3. Редуценты, в том числе многие бактерии и грибы, разлагают органические остатки и участвуют в возвращении химических элементов в окружающую среду.

Разложение остатков необходимо для круговорота веществ: без него органические соединения накапливались бы, а доступность многих химических элементов для организмов снижалась.

Круговорот углерода

Углерод содержится в органических соединениях и циркулирует между атмосферой, водными объектами, живыми организмами и горными породами.

1. В ходе фотосинтеза растения захватывают углекислый газ и направляют углерод на построение органики.
2. Животные получают его вместе с едой.
3. Клеточное дыхание растений, животных и прочих организмов сопровождается выбросом углекислого газа.
4. Разложение органических остатков возвращает углерод в окружающую среду.
5. Определённая доля углерода аккумулируется в осадочных породах и ископаемом топливе.
6. Сжигание угля, нефти и природного газа приводит к поступлению углерода в атмосферу главным образом в форме углекислого газа.

Существенное различие: растения не только усваивают углекислый газ при фотосинтезе, но и выделяют его при дыхании. Это не одно и то же явление.

Круговорот азота

Хотя атмосфера содержит много молекулярного азота, большинство растений не может усваивать его непосредственно из воздуха. Для роста им необходимы доступные соединения азота, прежде всего нитраты и аммоний.

В круговороте азота участвуют разные группы микроорганизмов.

1. Азотфиксация — превращение атмосферного азота в соединения, которые могут включаться в биологический круговорот. Биологическую фиксацию осуществляют определённые группы прокариот.
2. Аммонификация — образование аммиака и аммония при разложении органических веществ, содержащих азот.
3. Нитрификация — окисление аммония до нитритов, а затем до нитратов с участием определённых микроорганизмов.
4. Денитрификация — восстановление нитратов до газообразных соединений азота, которые возвращаются в атмосферу.

Клубеньковые бактерии вступают в симбиоз с бобовыми растениями. Бактерии фиксируют атмосферный азот, а растение предоставляет им органические вещества и условия для существования.

Как человек изменяет биосферу

** изображение создано или обработано с помощью ИИ.

Антропогенные факторы возникают в результате деятельности человека. Они могут непосредственно уничтожать организмы или менять условия их существования. Для анализа экологической проблемы важно объяснить не только причину, но и механизм воздействия.

Эвтрофикация водоёмов

Сельскохозяйственные удобрения и бытовые стоки могут переносить в водоёмы избыток соединений азота и фосфора. Эти вещества ускоряют рост водорослей и цианобактерий.

Когда большая масса организмов отмирает, её разложение сопровождается расходованием растворённого кислорода. При сильном снижении его концентрации рыбы и другие водные животные испытывают кислородное голодание и могут погибнуть.

Причинная цепочка выглядит так: избыток питательных веществ → массовый рост водорослей и цианобактерий → разложение органических остатков → снижение содержания кислорода → ухудшение условий жизни водных организмов.

Усиление парникового эффекта

Естественный парниковый эффект помогает поддерживать температуру, необходимую для жизни. Проблема связана с его усилением при росте концентрации парниковых газов, в том числе углекислого газа, выделяемого при сжигании ископаемого топлива.

Парниковые газы поглощают часть инфракрасного излучения, исходящего от поверхности Земли. Изменение энергетического баланса планеты приводит к глобальному потеплению и влияет на климат, ареалы видов и сезонные циклы организмов.

Парниковый эффект нельзя путать с разрушением озонового слоя. Стратосферный озон поглощает значительную часть опасного ультрафиолетового излучения, а усиление парникового эффекта связано с изменением теплового баланса Земли. Это разные процессы, требующие разных природоохранных мер.

Утрата местообитаний и сокращение биоразнообразия

Вырубка лесов, осушение болот, строительство дорог и расширение сельскохозяйственных территорий сокращают площадь естественных местообитаний. Искусственные преграды также могут разделять популяции и мешать перемещению животных.

Изоляция небольших популяций ограничивает обмен генами и повышает их уязвимость к изменениям окружающей среды. Исчезновение отдельных видов способно нарушать пищевые связи и другие взаимодействия внутри экосистем.

Например, сокращение численности насекомых-опылителей может затруднить размножение многих цветковых растений. Поэтому охрана биоразнообразия включает не только защиту редких видов, но и сохранение мест их обитания.

Охрана природы: меры для решения экологических проблем

** изображение создано или обработано с помощью ИИ.

Природоохранные меры выбирают с учётом причины проблемы. Очистка стоков помогает уменьшить загрязнение воды, а восстановление местообитаний необходимо для сохранения популяций и природных сообществ.

Заповедники, национальные парки и Красная книга

Заповедники предназначены для строгой охраны природных комплексов. Национальные парки сочетают природоохранные задачи с регулируемым посещением и разрешёнными видами деятельности. Заказники создаются для охраны отдельных видов, местообитаний или природных комплексов.

Красная книга содержит сведения о редких и находящихся под угрозой исчезновения видах. Само включение вида в список не восстанавливает его численность. Для сохранения популяции необходимы подходящие местообитания, снижение негативного воздействия и наблюдение за состоянием вида.

Рациональное природопользование предполагает использование ресурсов с учётом их восстановления и сохранения экосистем. Например, посадка молодых деревьев помогает восстановлению лесного покрова, но не заменяет зрелый лес с его сложной структурой и разнообразием видов в короткий срок.

Подготовка к ЕГЭ по биологии: как закрепить тему

** изображение создано или обработано с помощью ИИ.

Для подготовки следует использовать актуальные документы ФИПИ: кодификатор, спецификацию и демонстрационный вариант. Они помогают определить проверяемые элементы содержания и требования к экзаменационным ответам. При работе со старыми сборниками необходимо учитывать возможные изменения формата заданий.

Для повторения темы подойдёт следующий порядок:

1. Составить схему биосферы и распределить виды вещества по категориям.
2. Нарисовать круговороты углерода и азота, подписав основные процессы.
3. Разобрать одну экологическую проблему по схеме «причина — механизм — последствия».
4. Подобрать природоохранную меру, которая воздействует на причину проблемы или уменьшает её последствия.
5. Проверить ответы по критериям оценивания и исправить неточные формулировки.
6. Через несколько дней решить новые задания по теме без опоры на конспект.

Три ошибки, которые приводят к потере баллов

1. Круговорот веществ путают с потоком энергии. Химические элементы многократно переходят между организмами и окружающей средой, а энергия проходит через экосистему и рассеивается в виде тепла.
2. Считают, что все бактерии фиксируют азот. Азотфиксация характерна только для определённых групп прокариот.
3. Утверждают, что рост биоразнообразия всегда гарантирует устойчивость экосистемы. Разнообразие видов часто помогает сохранять экологические связи, однако устойчивость зависит и от условий среды, и от взаимодействия организмов.

Пример для самостоятельной проверки

В озеро после сильных дождей попало большое количество удобрений с полей. Через некоторое время наблюдалось массовое развитие водорослей, а затем началась гибель рыб.

При объяснении этого явления необходимо указать, что удобрения увеличили поступление соединений азота и фосфора. Это стимулировало рост водорослей и цианобактерий. После отмирания биомассы микроорганизмы стали расходовать растворённый кислород при разложении органических остатков. Его недостаток ухудшил условия дыхания рыб.

В развёрнутом ответе важно отделять последствия от мер профилактики. Снижение поступления удобрений и очистка стоков помогают предотвратить проблему, а уменьшение содержания кислорода и гибель водных животных относятся к её последствиям.

Для систематической подготовки к ЕГЭ по биологии можно рассмотреть программы онлайн-школы el-ed.ru. При выборе курса стоит обращать внимание на соответствие программы требованиям ФИПИ, практику на экзаменационных заданиях и разбор ошибок с объяснением биологических процессов.