Колообіг речовин у біосфері

Організми біосфери загалом складаються з тих же хімічних елементів, що й неживі компоненти географічної оболонки. Але роль кожного хімічного елемента, зокрема, в будові, життєдіяльності та біогеохімічних процесах живих організмів різна. Хімічні елементи за їхньою участю в будові та функціонуванні живої речовини поділяють на декілька груп:

  • • благородні або інертні гази, які не належать до складу живої речовини (всього шість);
  • • благородні метали, які не утворюють сполук в земній корі (сім);
  • • органогенні або циклічні елементи. Вони вступають у численні реакції і процеси, утворюючи живу речовину (сорок чотири);
  • • розсіяні елементи, що характеризуються переважанням вільних атомів, вступають у хімічні реакції, але їхні сполуки рідко трапляються у земній корі (одинадцять);
  • • сильно радіоактивні елементи, що існують в земній корі (одинадцять), або в космічному просторі (п’ять), а також отримані штучно (сім);
  • • рідкоземельні елементи (п’ятнадцять).

У ваговому відношенні на групу органогенних елементів припадає 99,7% земної кори, решту 0,3% ваги становлять інші п’ять груп елементів. Органогенні елементи називають ще елементами-мігрантами. Вони постійно перебувають у колообігу, який здійснюється двома шляхами – водним і повітряним. До повітряних мігрантів, зокрема, належать кисень, водень, азот і йод, для інших елементів типовішою є водна міграція. Деякі з елементів повітряних мігрантів належать до складу солей, що можуть мігрувати й водним шляхом, але повітряна міграція для них типовіша.

Чотири з елементів – кисень, вуглець, водень, азот – наявні у всіх без винятку ландшафтних системах. Їхній вміст у живих організмах перевищує 98% вагового складу. Кисень і водень утворюють воду, яка в складі живих організмів може становити 99%.

Елементи, з яких складаються живі організми, за ваговим складом поділяють на макроелементи, вміст яких не нижче 1*10-2 %, мікроелементи, вміст яких не нижче 1 х 10-3 до 1 х10-5 %, та ультрамікроелементи, вміст яких не перевищує 1х 10-6%. Зрозуміло, що все це узагальнені дані про елементарний склад живих організмів. Кожний вид має свій хімічний склад, який його виділяє серед інших, так само як морфологічна будова, фізіологічні особливості, ареал тощо.

Серед рослин, тварин, грибів та мікроорганізмів є види, які нагромаджують окремі елементи в кількостях, значно більших, ніж сусідні види. Зокрема, багато видів бурих водоростей нагромаджують йод з повітря, води, ґрунту в кількостях, що перевищують його вміст у природному довкіллі на два-три порядки. Водночас, певні живі організми пристосовуються до середовища, в якому деякі хімічні елементи містяться у значних концентраціях. Підвищений вміст окремих елементів у довкіллі стає причиною отруєння живих організмів. Це стосується насамперед ртуті, кадмію, радію та інших токсичних елементів, що, зазвичай, наявні у земній корі в ультранизьких концентраціях.

Отже, як зазначає П. Второв, організми в біосфері здійснюють перерозподіл хімічних елементів, нагромаджуючи ті, які необхідні їм для існування, і не вступаючи в реакції з тими, що не впливають на їхню життєдіяльність.

Колообіг речовин відбувається внаслідок об’єднання колообігів окремих елементів за допомогою двох джерел енергії: космічної (99%) та внутрішньої енергії Землі (1%). Важливу роль у процесах колообігу відіграють водний стан, атмосферні перенесення, розмноження, розселення та дихання організмів.

Вирізняють великий (геологічний) і малий (біотичний) колообіги. Геологічний колообіг речовин відбувається між суходолом і океаном, біотичний – між рослинами і ґрунтом. У першому випадку міграція має здебільшого горизонтальний, у другому – вертикальний напрями. На початковому етапі геологічного розвитку, завдяки великому колообігу речовин, формувалися континенти, океани і сфери Землі. Це відбувалося шляхом переміщення повітряних мас, поверхневих і підземних вод та продуктів вивітрювання гірських порід.

Після виникнення життя на Землі та становлення біосфери в процесі колообігу беруть участь продукти життєдіяльності організмів і організми. Протягом останніх століть “індустріального” та “постіндустріального” розвитку людської спільноти додалися речовини-забрудники (оксиди сірки, азоту, пил, мінеральні добрива, отрутохімікати, радіоактивні ізотопи), які переносяться повітрям і водою на великі відстані.

Міграція речовин у біотичному колообігу визначається двома тісно пов’язаними і взаємозумовленими процесами: синтезом живої речовини зеленими рослинами з елементів неживої природи, з одного боку, та мінералізацією органічних решток рослин і тварин, за якої виділяється енергія, з іншого.

Рослини, які засвоюють речовини з ґрунту, повітря й води, витрачають їх на побудову своїх організмів, а також організмів тварин, які ними живляться. Мінералізуючись, організми або їхні рештки поповнюють продуктами розкладу абіотичне довкілля. Цей процес не замкнутий. Частина речовин кожного циклу колообігу поповнює геологічний колообіг, через річковий стік потрапляючи в річки й моря, і там, відклавшись на дні на тривалий час, вилучається з біотичного колообігу.

На їхнє місце залучаються нові речовини. Кожний наступний цикл колообігу має свій склад, параметри та тривалість, цим відрізняється від попереднього.

Колообіг речовин складається з колообігу певних елементів. Для кожного елемента характерна своя швидкість міграції у малих і великих колообігах. Дослідники вважають, що весь кисень атмосфери проходить через живі організми протягом двох тисяч років, а вуглекислий газ через триста років.

Локальні колообіги мають значно меншу тривалість. Найважливішу роль у біологічному колообігу відіграють біогенні елементи, а саме вуглець, азот і фосфор. Детальніше розглянемо колообіги цих елементів.

Посилання на основну публікацію