Кругообіги речовин в біосфері як умова її стійкості

Створення органічної речовини і його розпад забезпечують постійний обмін речовин і енергії між живими організмами і середовищем їхнього життя. Ці переміщення названі біогеохімічним (біотичним) кругообігом, або биогеохимическими циклами. В ході цих циклів атоми багатьох елементів рано чи пізно проходять через живі організми. Так, пораховано, що для кисню цей цикл становить близько 2000 років.

У вирі постійно знаходяться величезні маси органічних і неорганічних сполук. Однак цикли не замкнуті повністю. Так, в наземних екосистемах щорічно виводиться з обігу близько 180 т вуглецю, що накопичується в осадових породах.

Біотичний кругообіг визначає долю багатьох життєво важливих хімічних елементів. Це в першу чергу відноситься до кисню, вуглецю і азоту, а також до таких елементів, як водень (особливо в складі води), фосфор, натрій, калій і кальцій і ін. Завдяки фотосинтезуючим організмам в атмосфері з’явився вільний кисень. Без живих організмів неможливо було б освіту грунтів і запасів органоминерального палива. За висловом видатного російського натураліста Володимира Івановича Вернадського, жива речовина біосфери є величезною геологічною силою.

До числа провідних біотичних кругообігів в біосфері належать кругообіг основних для живих істот хімічних елементів.
Так, основне джерело газоподібного кисню в атмосфері – це діяльність фотосинтезуючих організмів. Вільний кисень використовується більшістю живих істот при диханні, а в неживому світі – в процесах окислення. Він включається до складу як органічних, так і неорганічних сполук, в тому числі води.

Частина кисню накопичується при похованні карбонатів, в тому числі біогенних.
Різноманітні шляхи руху вуглецю в біосфері. У різних з’єднаннях накопичена величезна кількість цього елемента. Але для живих організмів головний його джерело – вуглекислий газ атмосфери (всього 0,032% за об’ємом) і його розчин у воді.
Вуглекислий газ включається живими істотами в різноманітні органічні сполуки. Рослини захоплюють його при фотосинтезі. У більшості живих організмів він виділяється при диханні. Численні редуценти переробляють органічні речовини до неорганічних, в тому числі до вуглекислого газу.

Частина накопиченого вуглецю може зберігатися протягом тривалого часу. Так, в деревині пов’язаний вуглець (всього до 500х1Обт) може зберігатися десятки, а іноді і сотні років, а в біогенних вапняках, кам’яного і бурого вугіллі -Десятки і сотні мільйонів років. Те ж можна сказати і про поклади нафти і газу.

Велика кількість вуглецю в складі карбонатів розчинено в морях і океанах, зафіксовано в донних відкладеннях і скелетних утвореннях.
Для сучасного кругообігу вуглецю вкрай важлива діяльність людини. При переробці багатьох природних ресурсів утворюється надходить в атмосферу вуглекислий газ. Вважається, що збільшення вмісту цього газу призводить до так званого парникового ефекту, вираженого в першу чергу в збільшенні середньорічних температур.

Основне джерело азоту – це атмосферне повітря, що складається з нього майже на 80% (за об’ємом). Однак більшості еукаріот в такому вигляді цей елемент не доступний. Необхідні для забезпечення життєдіяльності його пов’язані форми надходять з декількох джерел: (1) утворення оксидів азоту під час грозових розрядів; (2) фотохимическая фіксація азоту; (3) біогенна фіксація азоту (близько 25 кг / га в рік). Останній шлях найбільш важливий. В основному він пов’язаний з діяльністю різних прокаріот, які фіксують азот.

Слід сказати і про кругообіг такого найважливішого для існування життя на Землі хімічної сполуки, як вода. Пари води у великій кількості містяться в атмосфері. Частина опадів (іноді до чверті) перехоплюється рослинами і або поглинається, або перерозподіляється у вигляді крапель. Грунти зазвичай в тій чи іншій мірі накопичують вологу. Багато рослин використовують цю вологу для забезпечення своєї життєдіяльності. Значна її частина в результаті випаровується.

Так, в лісових біомів випаровується до 50 000 л в день з гектара. Створення зрошуваних полів призводить до різкої зміни режиму випаровування в посушливих районах. При цьому потрібно все більше і більше води для поливу і в результаті випаровування зазвичай відбувається підйом засолених грунтових вод.
Вода розчиняє різноманітні хімічні сполуки. Часто це призводить не тільки до появи порушень (наприклад, розмивів), але і збіднення одних екосистем і збагачення інших. У більшості випадків стік виявляється в водоймах, спочатку головним чином в струмках і річках, а потім – в морях і океанах, а також в безстічних озерах. Всі водойми виступають своєрідними акумуляторами як води, так і розчинених в ній хімічних сполук. Однак частина води випаровується з поверхні водойм, а ось інші сполуки накопичуються в них.
У біологічному кругообігу часто добре проявляється биогенная акумуляція, тобто накопичення будь-яким організмом того чи іншого хімічного елемента або його сполуки.

Посилання на основну публікацію