7. Биосфераның негізгі қызметі.

8. Биосферадағы биохимиялық циклдер және зат айналымы.

Миллиардтаған жылдар барысында тірі ағзалардың көбеюі, өсуі, зат алмасуы мен белсенділігі, планетаның беткі бөлігін толық өзгеріске ұшыратты. Ағзалардың түрлерінің барлық массасын В. И. Вернадский Жердің тірі заты деп атаған.Тірі заттаың химиялық құрамына өлі табиғатты құрайтын атомдар кіреді, бірақ олар басқаша қатынаста болады. Зат алмасу барысында тірі ағзалар үнемі табиғаттағы химиялық элементтердің таралуын өзгертіп отырады. Осылайша биосфераның химизмі өзгереді. Миллиардтаған жылдар барысынла фотосинтездеуші ағзалар күн энергиясының орасан мол шамасын химиялық жұмысқа айналдырады және басқа да органикалық заттар – мұнай, торф т. б. түрінде жиналады.

Фотосинтез есебінен атмосферада оттегі жиналады. Жердің дамуының ертедегі кезендерінде атмосферада басқа газдар басым болады: сутегі, метан, аммиак, көмірқышқыл газы оттегіден озон қабаты пайда болды. Бұл газдың молекулалары оттегінің үш атомынан тұрады (О3), ол ультракүлгін сәулелердің молекулалық оттегіне әсер етуі нәтижесінде түзіледі. Тіршіліктің өзі ультракүлгін сәулелердің басым бөлігін ұстап қалатын атмосфераның қорғаныштық қабатын жасады.

Қазіргі атмосферадағы көмірқышқыл газының көп бөлігі тірі ағзалардың тыныс алуы немесе органикалық отынның жануы нәтижесінде түзілген. Атмосфералық азот та тіршіліктің нәтижесі, ол бірқатар топырақ бактерияларының белсенді әрекетінен түзілген.

Тірі ағзалардың әсерінен көптеген Жердегі тау жыныстары пайда болды. Ағзалар жекеленген элементтерді қоршаған ортада олардың мөлшерінен анағұрлым көп шамасын тандамалы түрде сіңіріп, өз денесінде жинай алады. Мысалы, көптеген теңіз жануарлары өздерінің қаңқасында кальций, кремний немесе фосфорды жинап, өлгеннен соң су түбінде шөгінді жыныстарды: ізбес тас, бор, фосфориттер т. б. түзеді. Олар органогенді элементтер деп атайды.

Тіршіліктің әсерінен құрлықтың бетінде топырақ қабаты қалыптасқан. Топырақтағы минералдық компоненттер, ыдырап жатқан органикалық заттар мен көптеген микро және макроорганизмдердің бір-бірімен тығыз байланыстылығы сонша, В.И. Вернадский оны ерекше, табиғаттың биокосты заты деп атады. Әлемдік мұхиттың суларында да осындай биокосты заты болады.

Тірі ағзалар құрлықтың тау жыныстарының желденуі мен бұзылуында ерекше роль атқарады. Олар өлі органикалық затты негізгі ыдыратушылар.

Тіршілік Жердің атмосферасын, мұхиттың суының құрамын өзгертіп, өзен қабатын, топырақ, көптеген жыныстарын жасады.

Тау жыныстарының желдену жағдайлары өзгеріп, өсімдіктер жасайтын микроклимат үлкен рол атқара бастайды, Жердің климаты да өзгерді.

Тіршілік биосферадағы биологиялық зат айналымын жүзеге асыра отырып, өзінің және адамның тіршілік етуіне қажетті тұрақты жағдайларды қамтамасыз етеді.

Тірі ағзалар биосферада маңызды биогенді элементтердің зат айналымын жүзеге асырады. Олар кезектесіп тірі заттан бейорганикалық материяға өтіп отырады. Бұл циклдер екі негізгі топқа бөлінеді: газдардың айналымы және шөгінді заттар айналымы. Біріншісінде элементтердің негізгі көзі - атмосфера (көміртегі, оттегі, азот), екіншісінде - таулы шөгінді жыныстар (фосфор, күкірт және т.б.) болып табылады.

9. Көміртегінің айналымы.

Фотосинтез үшін көміртегінің көзі атмосферадағы немесе суда еріген көмірқышқыл газы болып табылады. Өсімдіктер түзген органикалық заттың құрамында көміртегі қоректену тізбегі бойынша тірі не өлі өсімдік ұлпалары арқылы өтіп, тыныс алу, ашу немесе отынның жануы нәтижесінде көмірқышқыл газы түрінде атмосфераға қайтады. Көміртегі циклының ұзақтығы үш-төрт жүз жылдыққа тең.

Осы кезеңде биосферадағы көміртектің жалпы массасы шамамен 4000 Гт. Оның 1000 Гт биомасса үлесіне жатады. Биосферадағы жылдық нетто-биоөнімінің мөлшері көміртекпен есептегенде 90-100 Гт. Осы мөлшерде көміртек дем алу және ыдырау (деструкция) процестерінде де бөлініп отырады. Сонымен, көміртекпен есептегенде биосфера биомассасының жаңару мерзімі 10 жылды құрайды.

Көміртек айналымы жасыл өсімдіктер мен кейбір микроорганизмдердегі фотосинтез процесіне атмосфералық көмірқышқыл газын бекітуден басталады. Өсімдіктер бекіткен көміртек бөлігін жануарлар пайдаланып, көмірқышқыл газын бөледі. Тіршілігін жойған өсімдіктер мен жануарлардың соңынан топырақта микроорганизмдер ыдырайды, осы ыдырау процестердің нәтижесінде ұлпалар құрамындағы қосылыстарға оралып отырады.

Көміртектің белгілі бөлігі ұзақ мерзімде қазанды отын түрлерін (көмір, табиғи газ, мұнай, шымтезек, жаңғыш тақта тас), теңіз су қоймаларында карбонатты жыныстарды (әктас, доломит, т.б.) түзуге қатысады. Құрлықтағы және мұхит аквоториясындағы көміртек қосылыстарының пайда болатын негізгі көзінің бірі болып жанартаудың атқылауы саналады.

Фотосинтез бен органикалық заттардың ыдырауы бірнеше сатыдан өтетін және өте көп экожүйелер мен организмдердің қатысуымен жүзеге асатын болса жалпы биосферада ерекше өте жоғары дәлдікпен олардың теңдіктері ұсталып тұрады.Көмірқышқыл газының атмосферадағы қоры 700 Гт, ал фотосинтез және ыдырау процестері арқылы атмосфераға жылына қайтарылып отыратын массасы 90-100 Гт. Егерде көміртектің атмосферадағы биоталық қайтарылуы тоқтады деп елестететін болсақ, ал фотосинтез бұрынғы қалпында жүріп жататын болса, онда атмосфера толығымен 7-8 жылда көмірқышқыл газынан тазаланып отырар еді. Бірақ-та, әр түрлі белгілі ғылыми мәліметтерге сүйенсек, қазіргі шамалардың ауытқуының шектік деңгейі тұрақты сақталып отырса, атмосфераның газдық құрамы (оның ішінде көмірқышқыл газының мөлшері) аз дегенде 104 жыл бойы тұрақты болып қала берер еді. Бұдан атмосфера үшін көміртектің биотикалық айналымының минималды тұрақтылығы δА = (10000-8)/10000=0,999 деп қорытындыға келуге болады.

Экожүйедегі көміртек айналымына толық жете сандық талдауды 1990 жылы эколог-ғалым В.Г.Горшков жасаған. Оның геологиялық мәліметтерге сүйенген тұжырымы бойынша, биогенді мүмкін екен. Тіршілікпен сәйкес осы мөлшер шамалардан реттейтін механизм жоқ болғанда, ондаған және жүздеген миллион жылдарда олар шектен шығып кететін еді. Шынында, палеохимиялық және палеоботаникалық мәліметтер бойынша атмосферадағы көміртек мөлшері 105 жыл бойы сақталып келе жатыр. Солай болғандықтан, биосферадағы органикалық заттардың түзілуі мен ыдырау ағысы 10-4, тұйықтылығы 10-3 дәрежедегі дәлдікпен үйлесіп келеді. Демек, корреляция дәлдігі 10-7 –ге тең.

В.Г.Горшковтың айтуынша: «Синтез бен ыдыраудың арасындағы осы деңгейдегі дәлдікпен корреляцияның болуы қоршаған ортада биологиялық реттеу бар екенін дәлелдейді, себебі миллиондаған жыл бойы шамалардың осындай дәлдікте болуы кездейсоқ екеніне сенбейтін жағдай».

Соңғы жылдары адамның шаруашылық әрекеті, әсіресе, құрамында көміртек болатын отын мен ағашты өте көп мөлшерде жағу арқылы көміртектің айналымына елеулі әсер етті. Ауа райының ғаламдық жылынуына себеп болатын «көшетхана газы» ішінде (метан, озон, фреон, азот оксидтері) көміртек диоксиді бірінші орында тұр (50-55%).