Лекция 14

Биогеохимические циклы

1. Структура и основные типы биогеохимических циклов

Химические элементы циркулируют в биосфере по характерным путям из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Эти в большей или меньшей степени замкнутые пути называются биогеохимическими циклами. «Био» относится здесь к живым организмам, а «гео» — к горным породам, воздуху и воде. Геохимия изучает химический состав Земли и миграцию элементов между различными частями земной коры и океанами, реками и другими водными массами. Концепцию ландшафтной геохимии предложил русский ученый Б.Б. Полынов (1937); эта концепция рассматривает роль химических элементов в синтезе и распаде различных веществ, причем особое внимание в ней уделяется процессу выветривания. В свою очередь биогеохимия — термин, впервые предложенный другим русским ученым, В.И. Вернадским, но закрепившийся после ранних монографий Хатчинсона (Hutchinson, 1943, 1944, 1950), — занимается изучением обмена веществ (т.е. их движением в обе стороны) между живыми и неживыми компонентами биосферы.

В каждом круговороте различают две засти, или два «фонда» (рис. 1):

1) резервный фонд — большая масса медленно движущихся веществ, в основном не связанных с живым веществом,

2) подвижный, или обменный, фонд — меньший, но более активный, непосредственно связанный с живым веществом. Для него характерен быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением.

Иногда резервный фонд называют «недоступным», а активный циркулирующий фонд — «доступным». Такие термины допустимы, если только не понимать их слишком буквально. Любой атом, находящийся в резервном фонде, не обязательно все время недоступен для организмов, так как между доступным и недоступным фондами существует постоянный медленный обмен.

Если иметь в виду биосферу в целом, то биогеохимические циклы можно подразделить на два основных типа:

1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере. Они обладают способностью быстро компенсировать различные нарушения. Говорят, что они в глобальном масштабе «хорошо забуференны», поскольку их способность приспосабливаться к изменениям велика.

Например, избыток СО₂, накопившийся в каком-либо месте в связи с усиленным окислением или горением, обычно быстро рассеивается воздушными потоками; кроме того, усиленное образование СO₂ компенсируется усиленным ее потреблением растениями и превращением в карбонаты в море.

2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре. Обычно они гораздо менее подвержены самоконтролю и легче нарушаются в результате местных пертурбаций, потому что в этих случаях основная масса вещества сосредоточена в относительно малоактивном и малоподвижном резервном фонде. Если «спуск» в литосферу совершается быстрее, чем обратный «подъем», то какая-то часть обменного материала на длительное время выбывает из круговорота. Механизмы, обеспечивающие возвращение в круговорот, во многих случаях основаны главным образом на биологических процессах.

Усилия по охране природных ресурсов в конечном счете направлены на то, чтобы превратить антропогенные ациклические процессы в циклические. Основной целью общества должно стать «возвращение веществ в круговорот». Начать можно было бы с воды, так как, если мы научимся восстанавливать и поддерживать круговорот воды, мы сумеем взять под контроль и те элементы питания, которые движутся вместе с водой.