Круговорот веществ в биосфере PDF Печать E-mail

Создание органического вещества и его распад обеспечивают постоянный обмен веществ и энергии между живыми организмами и средой их обитания. Эти перемещения названы биогоехимическим (биотическим) круговоротом, или биогеохимическими циклами. В ходе этих циклов атомы многих элементов рано или поздно проходят через живые организмы. Так, посчитано, что для кислорода этот цикл составляет около 2000 лет.

В круговороте постоянно находятся огромные массы органических и неорганических соединений. Однако циклы не замкнуты полностью. Так, в наземных экосистемах ежегодно выводится из оборота около 180 т углерода, накапливающегося в осадочных породах.

Биотический круговорот определяет судьбу многих жизненно важных химических элементов. Это в первую очередь относится к кислороду, углероду и азоту, а также к таким элементам, как водород (особенно в составе воды), фосфор, натрий, калий и кальций и др. Благодаря фотосинтезирующим организмам в атмосфере появился свободный кислород. Без живых организмов невозможно было бы образование почв и запасов органоминерального топлива. По выражению выдающегося русского естествоиспытателя Владимира Ивановича Вернадского, живое вещество биосферы является огромной геологической силой.

К числу ведущих биотических круговоротов в биосфере принадлежат круговороты основных для живых существ химических элементов.
Так, основной источник газообразного кислорода в атмосфере — это деятельность фотосинтезирующих организмов. Свободный кислород используется большинством живых существ при дыхании, а в неживом мире — в процессах окисления. Он включается в состав как органических, так и неорганических соединений, в том числе воды.

Часть кислорода накапливается при захоронении карбонатов, в том числе биогенных.
Разнообразны пути движения углерода в биосфере. В различных соединениях накоплено огромное количество этого элемента. Но для живых организмов главный его источник - углекислый газ атмосферы (всего 0,032% по объему) и его раствор в воде.
Углекислый газ включается живыми существами в разнообразные органические соединения. Растения захватывают его при фотосинтезе. У большинства живых организмов он выделяется при дыхании. Многочисленные редуценты перерабатывают органические вещества до неорганических, в том числе до углекислого газа.

Часть накопленного углерода может сохраняться на протяжении длительного времени. Так, в древесине связанный углерод (всего до 500х1Обт) может сохраняться десятки, а иногда и сотни лет, а в биогенных известняках, каменных и бурых углях -десятки и сотни миллионов лет. То же можно сказать и о залежах нефти и газа.

Большое количество углерода в составе карбонатов растворено в морях и океанах, зафиксировано в донных отложениях и скелетных образованиях.
Для современного круговорота углерода крайне важна деятельность человека. При переработке многих природных ресурсов образуется поступающий в атмосферу углекислый газ. Считается, что увеличение содержания этого газа приводит к так называемому парниковому эффекту, выраженному в первую очередь в увеличении среднегодовых температур.

Основной источник азота — это атмосферный воздух, состоящий из него почти на 80% (по объему). Однако большинству эукариот в таком виде этот элемент не доступен. Необходимые для обеспечения жизнедеятельности его связанные формы поступают из нескольких источников: (1) образование окислов азота во время грозовых разрядов; (2) фотохимическая фиксация азота; (3) биогенная фиксация азота (около 25 кг/га в год). Последний путь наиболее важен. В основном он связан с деятельностью различных прокариот, фиксирующих азот.

Следует сказать и о круговороте такого важнейшего для существования жизни на Земле химического соединения, как вода. Пары воды в большом количестве содержатся в атмосфере. Часть осадков (иногда до четверти) перехватывается растениями и либо поглощается, либо перераспределяется в виде капель. Почвы обычно в той или иной степени накапливают влагу. Многие растения используют эту влагу для обеспечения своей жизнедеятельности. Значительная ее часть в итоге испаряется.

Так, в лесных биомах испаряется до 50 000 л в день с гектара. Создание орошаемых полей приводит к резкому изменению режима испарения в засушливых районах. При этом требуется все больше и больше воды для полива и в результате испарения обычно происходит подъем засоленных грунтовых вод.
Вода растворяет разнообразные химические соединения. Часто это приводит не только к появлению нарушений (например, размывов), но и обеднению одних экосистем и обогащению других. В большинстве случаев сток оказывается в водоемах, сначала главным образом в ручьях и реках, а затем — в морях и океанах, а также в бессточных озерах. Все водоемы выступают своеобразными аккумуляторами как воды, так и растворенных в ней химических соединений. Однако часть воды испаряется с поверхности водоемов, а вот другие соединения накапливаются в них.
В биологическом круговороте часто хорошо проявляется биогенная аккумуляция, т.е. накопление каким-либо организмом того или иного химического элемента или его соединения.

Интересные статьи по биологии:

1) Структуры, обеспечивающие подвижность

2) Эндоплазматическая сеть