5. Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ

Цикл углерода

Углерод (С) – основа всех органических соединений. В атмосфере постоянно происходит обмен СО², поглощение его при фотосинтезе и выделение всеми организмами при дыхании. Кроме того, углерод поступает в атмосферу из детрита – торфа, сапропеля, что является результатом деятельности микроорганизмов на болотах. Углерод в виде СО² поступает в атмосферу также при сжигании топлива (каменного угля, нефти, газа) или при извержении вулканов – это приводит к повышению содержания СО² в атмосфере.

Пока наши леса ещё справляются с поглощение этого дополнительного диоксида углерода в атмосфере, тем более что часть его поглощается и поверхностью океана, где обитает фитопланктон (зелёные водоросли).

Но если площадь лесов будет сокращаться, а океан загрязняться, возникает проблема парникового эффекта, когда в результате избытка СО2 и других газов, загрязняющих атмосферу, наша планета будет как бы покрыта плёнкой (как в парнике). Такое плёночное покрытие пропускает к Земле солнечные лучи, но задерживает обратное тепловое (инфракрасное) излучение земной поверхности. В результате произойдет повышение температуры и потепление климата, может начаться таяние льдов Арктики и Антарктики, горных ледников.

По оценкам учёных, за последние 100 лет температура планеты возросла на 0,6⁰С, а к 2100 году должно произойти повышение температуры на 1,5 – 5,8⁰С. Уровень Мирового океана может повысится на 84 – 117 см к 2050 году и на 156 – 345 см к 2100 году из – за таяния полярных льдов. При повышении уровня океана будут затоплены такие города, как Нью – Йорк, Лондон, Санкт – Петербург, Амстердам, Шанхай, Токио, Венеция и другие густонаселённые территории, где проживает 30 – 50% населения Земли. С лица Земли могут исчезнуть целые государства – Бангладеш, Нидерланды.

С ростом температуры возрастает и количество осадков. Ливни затопят тропики. Засушливые зоны сдвинутся на север. Площадь пустынь увеличится. Урожаи резко сократятся, что может привести к голоду. Такие нежелательные последствия может вызвать вмешательство человека в естественный цикл углерода в биосфере.

Цикл кислорода

Кислород выделяют растения в результате фотосинтеза, а поглощают его все живые организмы при дыхании. До появления цивилизации эти процессы находились в равновесии. Сейчас происходит дополнительное расходование кислорода при сжигании горючего в автомобилях, двигателях самолётов, котлах электростанций. При уменьшении площади лесов равновесие в цикле кислорода может резко нарушиться.

Цикл азота

Азот – один из важнейших биогенных элементов, составная часть белков, наряду с углеродом. В основном атмосфера состоит из азота (70%), но это инертный газ, который недоступен большинству организмов.

Превращение азота в доступные растениям формы происходит при грозовых разрядах. Его усваивают также микроорганизмы - азотфиксаторы (клубеньковые бактерии).

В атмосферу азот из разложившихся белков поступает при участии микроорганизмов – денитрификаторов, которые обитают в почве. При распашке земель резко (в пять раз) уменьшается активность фиксации азота микроорганизмами, и активизируются денитрифицирующие микроорганизмы – в результате уменьшается содержание азота в почве, что снижает её плодородие.

Цикл фосфора

Фосфор содержится в горных породах и попадает в экосистемы при разрушении горных пород либо при внесении на поля фосфорных удобрений. Растения поглощают соединения фосфора из почвы, от растений по пищевым цепям фосфор поступает к животным и накапливается в их тканях. Перерабатывая мертвые ткани растений и животных в детритных цепях, микроорганизмы возвращают фосфор в почвенный раствор. Однако часть фосфора вымывается из почвы и по ручьям и рекам на дно морей и океанов. Из этих хранилищ фосфор почти никуда не тратится, лишь небольшую его часть выносят на сушу птицы, питающиеся рыбами. В океаны ежедневно вымывается 14 млн. т фосфора, а с рыбой через птиц возвращается 0,1 млн. т, т.е., в отличие от замкнутых циклов воды, углерода и кислорода, цикл фосфора – открытый. С суши фосфор постоянно выносится в океан. Запасы фосфора в горных породах истощаются, возникает проблема его дефицита. Решение этой проблемы лежит в экономном внесении удобрений.

Итак, мы рассмотрели важнейшие циклы некоторых веществ, необходимых для построения живого компонента биосферы. Живые организмы способны накапливать многие элементы и сложные вещества, повышая их концентрацию в тысячи раз.

Если вмешательство человека в биосферу незначительно, то сохраняется природное равновесие экосистем. Однако усиливающее влияние человека на природу (вырубка лесов, которые выделяют кислород и испаряют много воды, сжигание большого количества топлива, содержащего углерод, уменьшения испарения с поверхности океана из – за пленки нефти, которая покрывает всё большие площади океана, и т.д.) приводит к нарушению равновесия и глобальному4 ухудшению состояния биосферы.