2.4 Круговорот веществ в биосфере

Круговорот веществ – это многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидро – и литосфере, в том числе в тех слоях, которые входят в состав биосферы Земли.

Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологичес­кий) и малый (биогеохимический).

Большой круговорот веществ в природе обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перерасп­ределение веществ между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.

Большой круговорот – это и круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу, в котором участвует более 500 тыс. км³ воды.

Малый круговорот веществ в биосфере совершается лишь в пределах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещест­ва при разложении вновь в неорганические соединения. Этот круговорот для жизни биосферы – главный и он сам является порождением жизни.

В ряде экосистем перенос вещества и энергии осуществляется преиму­щественно посредством трофических цепей. Такой круговорот называют биологическим. В циркулиции различных химических элементов данных циклов важнейшим для жизни являются углерод, кислород, азот, фосфор, сера и водород.

Круговорот углерода состоит в фиксации атмосферного углекислого газа (СО₂) в земных растениях или фотосинтезе, где при участии воды обра­зуются углеводы, высвобождается кислород и выделяется СО₂ при дыхании растений. Углекислый газ возвращается в атмосферу после гибели и разложе­ния растения и животных, при окислении углерода их тканей до углекислого газа. Помимо этого СО₂ выделяется при дыхании редуцентов, а также при сжигании топлива.

Круговорот кислорода в основном происходит между атмосферой и живыми организмами. Из атмосферы он потребляется животными при дыха­нии, а выделяется в атмосферу при фотосинтезе зеленых растений. Кислород в небольших количествах образуется и при диссоциации молекул Н₂О и О₃ в озоносфере под воздействием жесткого ультрафиолетового излучения Солн­ца. Определенная доля кислорода идет на окислительные процессы в земной коре, при вулканической деятельности и т.д.

Круговорот азота в естественных условиях затруднен энертностью этого элемента, хотя в атмосфере его содержание равно 78 %. Он необходим для жизни, т.к. является компонентом белка. Для живых организмов он становится доступным в основном при азотфиксации определенными бактериями, образующимися на корнях бобовых растений.

Круговорот фосфора упрощен тем, что в природе нет его газообразных соединений. Он входит в состав белка и другие органические вещества. Наземные растения и фитопланктон получают фосфор из фосфатов почв, пресной или морской воды и передают его животным. После гибели растений и животных фосфор с помощью редуцентов вновь возвращается в почвы, пресные и морские воды. При этом он аккумулируется в пресноводных и океанических осадочных породах, которые с течением геологического круговорота могут выйти на земную поверхность.

Круговорот серы основан на окислении серы серобактериями до суль­фатов, которые растения получают из почвы и ассимилируют. Животные свои потребности в соединениях серы удовлетворяют только за счет растений. Соединения серы у живых организмов с помощью редуцентов переходят в сульфиды, а последние – в серу.

Круговорот водорода – обусловлен круговоротом воды (гидрологичес­ким циклом), поскольку она служит источником водорода. В гидрологическом цикле вода может находится в газообразном, жидком и твердом состоянии. Различают малый и большой круговорот воды. При малом круговороте вода, испаряясь с поверхности океанов, возвращается в него при осадках. Большой круговорот включает в себя малый, но при этом часть воды переносится на сушу, выпадает там в виде осадков и возвращается в океан речными и грунтовыми стоками.