Біогеохімічні кругообіги окремих елементів

Як відомо, три хімічні елементи – кисень, вуглець і водень – складають 98% загальної маси живого речовини, при цьому на перший з них припадає 70, на другий – 18 і на третій – 10%. На відміну від більшої частини кисню і водню, присутніх в організмах у вигляді водної субстанції (що є розчинником і середовищем для протікання біохімічних реакцій), вуглець є по суті структуроутворюючим компонентом. У науці добре відома здатність вуглецю легко утворювати вуглець – вуглецеві зв’язки, складати полімерні ланцюги і кільця, що служать основою для отримання різноманітних органічних сполук.

В ході тривалої еволюції біосфери в розподілі вуглецю відбулися значні зміни. Величезна кількість вуглецю виявилося сконцентрованим на дні океану у вигляді малорастворимого карбонату кальцію, а також в карбонатах осадової товщі літосфери у вигляді каустобиолитов і т. Д. Багато вуглецю зосереджено в біомасі суші і в організмах моря, в атмосфері, в гумосферу. Рушійною силою сучасного глобального кругообігу вуглецю є біологічний круговорот, що протікає за наступною схемою: «біоассіміляція вуглецю з атмосфери, водного або наземної середовища рослинами, споживання органічних сполук тваринами і людьми, окислення органічних речовин до вуглекислого газу в процесі дихання і розкладання відходів, повернення вуглекислого газу в атмосферу ».

Кругообіг вуглецю на суші і в океані є неоднаковим: на суші він переважно повертається назад в атмосферу, в океані залишається в основному в розчині. Відомо, що океан є напівавтономною системою в газообміні з атмосферою, що вказує на повільний обмін вуглекислим газом в системі «океан – атмосфера». Що ж стосується системи «суша-океан», то тут переважає одностороння міграція вуглецю у вигляді винесення цього елемента з суші в карбонатних і органічних сполуках.

Величезний науковий інтерес представляє кругообіг кисню – одного з найважливіших елементів в природі, почасти в зв’язку зі зростаючим його споживанням на промислові та інші потреби. Існує думка, що людство в першу чергу зіткнеться з дефіцитом саме кисню, оскільки воно щорічно спалює приблизно четверту частину цього елемента, що виділяється наземної рослинністю.

Початок інтенсивного накопичення кисню в атмосфері зв’язується з поширенням фотосинтезирующих елементів близько 2 млрд років тому. У процесі тривалої еволюції глобального кругообігу кисню найбільша частина цього елемента залишилася в атмосфері, інша частина виявилася розчиненої в океані, третя була зафіксована в земній корі у вигляді сульфатів, карбонатів, різних окислів.

Порівняно гірше вивчений глобальний кругообіг азоту, головним чином у зв’язку з труднощами оцінки складових кругообігу. До сих пір точно невідомо, які саме організми здатні фіксувати азот, переводити його в такі хімічні сполуки, які можуть використовуватися живими організмами. Тим часом в біологічному кругообігу з величезного запасу азоту в атмосфері і осадової оболонці літосфери приймає участь лише фіксований азот, засвоюваний живими організмами суші і океану. В цілому в природних умовах процеси зв’язування і вивільнення азоту врівноважують один одного.

Певний інтерес представляє осадовий круговорот фосфору – досить рідкісного елемента в біосфері (в земній корі його зміст не перевищує 1%). Схема кругообігу фосфору на суші виглядає наступним чином: «поглинання рослинами неорганічного фосфору, переклад його до складу живої речовини рослин і тварин (а також людей), повернення органічних фосфатів разом з трупами, відходами та екскрементами живих істот в землю, переробка фосфатів мікроорганізмами».

Зовсім інша картина має місце в водоймах, що пов’язано з осадженням відмерлих організмів на дні водойми і накопиченням їх в донних відкладеннях. Добре відомо, що розкладання органіки поблизу дна часто відбувається в уповільненому режимі внаслідок недостатнього припливу кисню. В результаті мінералізований фосфор утворює нерозчинний комплекс з тривалентні залізом і таким чином виявляється вже недоступним для засвоєння водними організмами. Однак це не єдина «вилучення» фосфору з глобального кругообігу. Велике його кількість виноситься в Світовий океан, швидкість же зворотного переносу (птахами і продуктами рибного промислу) становить значно меншу величину. Приклад глобального кругообігу фосфору показує, яку небезпеку становлять будь-які малообдуманние впливу людини на природний хід біогеохімічних процесів в біосфері.

Посилання на основну публікацію