Круговорот основных биогенных элементов

Глобальный биохимический круговорот в биосфере не является замк­нутым. Непрерывному круговороту в биосфере Земли подвергаются только вещества:

• обновление живого вещества биосферы происходит за 8 лет;

• фитомассы суши (биомассы наземных растений) - за 14 лет;

• массы живого вещества океана — за 33 дня;

• фитомассы океана — за один день;

• полная смена вод в гидросфере — за 2800 лет;

• кислорода в атмосфере — за несколько тысяч лет;

• углекислого газа — за 6,3 года.

Общепланетарные геохимические циклы охватывают атмосферу, океан, толщу донных осадков и кору выветривания.

Наиболее жизненно важными считаются вещества, из которых состо­ят белковые молекулы, - это углерод, азот, кислород, фосфор и сера.

Круговорот углерода осуществляется в наиболее подвижной его форме — СО₂. В этой форме углерод проходит по всем трофическим цепям — про­дуценты, консументы и редуценты.

• продуценты улавливают углерод из атмосферы в процессе фотосинтеза;

• консументы поглощают углерод вместе с телами продуцентов и консументов низших порядков;

• редуценты возвращают углерод вновь в круговорот.

В экологических системах, в которых участвует человек, двуокись уг­лерода поступает в атмосферу также и в результате сжигания растений в каче­стве топлива.

Круговорот кислорода — это очень сложный цикл ввиду большого числа его участников. Главные потребители кислорода — животные, поч­венные организмы и растения, использующие его в процессе дыхания.

На промышленные и бытовые нужды ежегодно расходуется 23% ки­слорода. Негативной стороной современной цивилизации является то, что темпы хозяйственной деятельности человека увеличиваются, а зеле­ные площади Земли сокращаются. Нещадно вырубаются тропические леса.

Круговорот азота. Самым большим резервуаром азота служит атмо­сфера (80%). С помощью бобовых растений, на клубнях которых разви­ваются клубеньковые бактерии и цианобактерии, атмосферный азот (N0₂-), а затем в нитраты (N0₃-), т. е. идет процесс нитрификации.

Далее растения восстанавливают нитраты. Вместе с поедаемыми рас­тениями азот попадает в организм животных, после умирания которых почвенные организмы разрушают их ткани и высвобождают азот в виде аммония. Он впоследствии конвертируется нитрифицирующими бакте­риями в растворимые соли нитратов, используемые в производстве бел­ков в растениях. В процессе гниения отмерших растений и трупов жи­вотных денитрифицирующие бактерии превращают нитраты в свободный азот, который снова уходит в атмосферу. И начинается новый круговорот

азота. Свободный азот конвертируется в нитраты электрическими разря­дами (молниями).

Круговорот фосфора. Фосфор входит в состав тканей мозга, скелета, панцирей животных. Без фосфора невозможен процесс синтеза белка. Круговорот фосфора протекает совместно с круговоротом углерода, ки­слорода, азота. В биосфере преобладают соединения пятивалентного фос­фора, поэтому во всех источниках он содержится в виде оксида Р₂О₅.

Среднее содержание фосфора в земной коре составляет 0,09%. Ос­новные его запасы находятся в горных породах, донных отложениях мо­рей, рек, океанов, а также в гумусовом горизонте наземных и подводных почв. Огромное количество фосфора удерживается живым веществом био­сферы. В лесных подстилках содержание фосфора достигает 100 кг/га.

Таким образом, сведение лесов, уничтожение подстилки леса и заме­на естественных экосистем на искусственные приводит к изменениям (уменьшению) запасов фосфора и его круговорота в биосфере.

Круговорот серы. Сера играет важную роль в круговороте веществ в био­сфере. Соединения серы участвуют в биохимических процессах живой клет­ки, формировании химического состава почв, в больших количествах сера содержится в подземных водах.

В природе сера образует минералы — сульфиды. Их много в извержен­ных горных породах. Затем после окисления сера со стоком воды попа­дает в Мировой океан, где и поглощается морскими обитателями. Осо­бенно много серы накапливается в моллюсках.

Круговорот серы в морях происходит с помощью сульфатредуцирующих бактерий, которые восстанавливают сульфаты до сероводорода, а он затем поднимается в верхние толщи воды и окисляется с помощью кислорода и сернистых бактерий. Некоторые бактерии накапливают серу в своих организмах, а после гибели бактерии вся сера остается на дне океана.

На суше круговорот серы осуществляется с помощью растений; после их отмирания сера переходит в почву, где одни организмы восстанавли­вают органическую серу до минеральной, а другие уже окисляют ее до сульфатов, которые вновь поглощаются корнями растений.

Круговорот серы - ключевой в общем процессе синтеза и разложения биомассы. Техногенные выбросы серы в атмосферу составляют 75—100 млн т в год.

Круговорот воды является одним из важнейших процессов в жизне­деятельности всех организмов планеты.

Но того как появилась биосфера, круговорот воды в природе происхо­дил только за счет испарения вод водоемов и суши. В то время осущест­влялось 2 круговорота:

• малый, когда испарившаяся вода проливается прямо над водоемом

(океаном, рекой, озером);

• большой, когда облака уносятся ветром в сторону суши и пролившиеся

дожди возвращаются в океан в виде поверхностного и речного стоков.

Современный круговорот воды происходит с участием человека и био­сферы. Этот круговорот называют континентальным, т. к. значительная часть его процесса происходит над континентами: вода, испаренная с поверхности водоемов, а также выделенная почвой, растениями и жи­вотными, конденсируется в облака и выпадает в виде осадков на поверх­ность суши, где снова используется растениями и животными.

В среднем в год с поверхности водоемов испаряется около 0,5 млн м³ воды.