КолоОоБіг речовин у біосфері.
Основою динамічної рівноваги й стійкості біосфери є кругообіг речовин і перетворення енергії, що складається з різноманітних процесів.
В.Р.Вільямс писав, що єдиний спосіб надати чомусь кінцевому властивості нескінченного – це змусити кінцеве обертатися по замкнутій кривій, тобто залучити його в кругообіг. У цьому висловленні є доля філософського й релігійного розуміння суті колообігу речовин і перетворення енергії.
Виділяють два основних колообіги: великий (геологічний) і малий (біологічний).
Геологічний колообіг речовин має найбільшу швидкість у горизонтальному напрямку між сушею й морем.
Суть великого кругообігу в тім, що гірські породи піддаються руйнуванню, вивітрюванню, а продукти вивітрювання, у тому числі розчинні у воді поживні речовини, зносяться потоками води у Світовий океан з утворенням морських нашарувань і повертаються на суходіл лише частково, наприклад, з осадами або з вилученими (виловленими) людиною з води організмами.
Далі протягом тривалого часового відрізка протікають повільні геотектонічні зміни – рух материків, підняття й опускання морського дна, вулканічні виверження й т.д., у результаті яких напластування, що утворилися, вертаються на суходіл процес починається знову.
Біологічний кругообіг, будучи частиною великого, відбувається на рівні екосистеми (біогеоценозу).
За Ю.Лібіхом біологічний кругообіг – це циклічна міграція зольних елементів у системі грунт-рослини.
Біологічний кругообіг хімічних елементів, або їх атомів, включає 2 протилежних та взаємопов’язаних процеси: утворення живої речовини з елементів довкілля та розкладення органічної речовини.
Суть біологічного круговороту полягає в тому, що поживні речовини ґрунту, вода, CO2 і інші речовини з атмосфери за рахунок фотосинтезу акумулюються в речовині продуцентів (рослин і деяких бактерій), витрачаються на побудову тіл і життєві (обмінні) процеси продуцентів і консументів.
Потім в основному за рахунок редуцентів органічні речовини розкладаються й частково мінералізуються, знову стають доступними рослинам і знову ними втягуються в потік речовини (кругообіг).
Мінералізація органічних речовин – сукупність процесів їх розкладення, під час яких хімічні елементи вивільнюються зі складу складних збагачених енергією органічних сполук і утворюють більш прості та збіднені енергією мінеральні сполуки - СО2, Н2О, СаСО3, N2SO4 та ін. Цей процес обумовлює неврівноваженість хімічного складу компонентів довкілля.
Біогенна міграція - це процес біогенної акумуляції елементів рослинами та біогенного розсіяння при розкладенні органічних сполук.
Швидкість переміщення речовин при біологічному кругообігу значно вище, ніж при геологічному.
Швидкість біологічного кругообігу змінюється за кліматичними зонами та поясами.
В океані швидкість значно більша, ніж на суші.
Обіг речовин фітопланктону у товщі 100 м відбувається за 1 добу. Річна фітопродукція океану майже дорівнює континентальній ( а фітомаса дорівнює 1% від континенту): у системі біологічного кругообігу знаходиться майже весь N, P, Si та мікроелементи океану.
На протязі геологічного часу морські організми живуть в умовах нестачі багатьох мікроелементів і тому, вважає В.В.Добровольський, не мають механізмів виведення надлишків елементів. Тому вони активно накопичують всі елементи техногенного походження, включаючи токсичні їх рівні. Це часто призводить до отруєння людей рибою, молюсками та іншими продуктами моря, що на вигляд не мають відхилень та патологій.
Кругообіг (переміщення) хімічних речовин з неорганічного середовища через рослинні й тваринні організми назад у неорганічне середовище з використанням сонячної енергії із протіканням біохімічних перетворень (реакцій) носить назву глобального біогеохімічного циклу.
Річні біогеохімічні цикли включають в рух приблизно 480 млрд.т речовин, в основному біофільних елементів - вуглецю, азоту, водню, кисню й ін.
Загальна маса зольних елементів, що включаються у кругообіг на суші – 8 млрд. т/рік, що у кілька разів більше сукупного йонного стоку річок або маси вивержень всіх сучасних вулканів Землі. У масі живої речовини Землі зоомаса складає 1-10%, фітомаса - 99-90%, тому дослідження фітомаси вважається достатньо представницьким для глобальних оцінок живої речовини.