4.1.4. Круговорот элементов в экосистеме

Откуда изначально берутся в живом веществе необходимые для построения организма компоненты? Их поставляют в пищевую цепь все те же продуценты. Неорганические минеральные вещества и воду они извлекают из почвы, СО₂ – из воздуха, и из образованной в процессе фотосинтеза глюкозы с помощью биогенов строят далее сложные органические молекулы – углеводы, белки, липиды, нуклеиновые кислоты, витамины и т.п.

Чтобы необходимые элементы были доступны живым орга­низмам, они все время должны быть в наличии.

Сравним еще раз, два процесса, непрерывно протекающих в экосистеме – фотосинтез у растений

свет

6 СО₂ + 6 H₂О+ минер. вещ–ва органич. вещ–ва + 60₂t

Из них видно, как связаны и четко взаимодействуют друг с другом продуценты, консументы, детритофаги и редуценты. Органика и кислород, образуемые растениями, это то, что нужно консументам для питания и дыхания, а выделяемые консументами СО₂ и минеральные вещества – как раз те биогены, которые необходимы продуцентам.

В этой взаимосвязи реализуется закон сохранения вещества. Его удобно сформулировать следующим образом: атомы в химических реакциях никогда не исчезают, не образуются и не превращаются друг в друга; они только перегруппировываются с образованием различных молекул и соединений (одновременно происходит поглощение или выделение энергии). В силу этого атомы могут использоваться в самых различных соединениях и запас их никогда не истощается. Именно это происходит в естественных экосистемах в виде круговоротов элементов.

При этом выделяют два круговорота, большой (геологи­ческий) и малый (биотический).

Большой круговорот измеряется масштабами геологическо­го времени и длится сотни тысяч или миллионы лет. Он заключа­ется в том, что происходит постоянное превращение материковой коры в океаническую и наоборот. Продукты разрушения и выветривания горных пород переносятся водами в Мировой океан. Здесь они образуют морские напластования. Медленные геотектонические изменения, процессы опускания материков и поднятия морского дна, перемещение морей и океанов в течение длительного времени приводят к тому, что эти напластования возвращаются на сушу и про­цесс начинается вновь.

На фоне этого глобального круговорота вещества в биосфере непрерывно происходят малые биотические круговороты. Малый круговорот заключается в том, что углекислый газ, вода и питательные вещества почвы аккумулируются растениями и расходуются на построение тела и жизненные процессы, как самих продуцентов, так и организмов–консументов. Продукты распада органического вещества вновь разлагаются детритофагами и редуцентами до минеральных компонентов, доступных растениям и вовлекаемых ими в поток вещества. Круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы снова в неорганическую среду с использованием энергии Солнца и энергии химических реакций носит название биогеохимического цикла.

Наиболее значимыми для функционирования биосферы являются круговороты основных элементов, входящих в состав живого вещества углерода, кислорода, азота, фосфора и серы, поскольку они являются компонентами для построения основных молекул живого вещества, – углеводов, липидов, белков и нуклеи­новых кислот. Эти круговороты создаются живым веществом и одновременно поддерживают жизнедеятельность самих живых организмов. В процессе фотосинтеза за год зелеными растениями потребляется 480 млрд. т вещества, уходит в атмосферу 250 млрд. т свободного кислорода, при этом создается 240 млрд. т живого вещества, в круговорот вовлекается 1,0 млрд. т азота, 260 млн. т фосфора, 200 млн. т серы.

За время существования биосферы свободный кислород ат­мосферы обновлялся не менее миллиона раз, а воды Мирового оке­ана прошли через биогенный цикл не менее 300 раз.

Круговорот воды является одним из грандиозных процессов на поверхности земного шара. Он играет главную роль в связыва­нии геологического и биотического круговоротов.

В биосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершает малый и большой круговороты. Испарение воды с поверхности океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана образуют малый круговорот. Если же водяной пар переносится воздушными течениями на сушу, круговорот становится значительно сложнее. В этом слу­чае часть осадков испаряется и поступает обратно в атмосферу, другая – питает реки и водоемы, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоком, завершая тем самым большой круговорот. Важное свойство круговорота воды заключается в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связывает воедино все части гидросферы – океан, реки, почвенную влагу, подземные воды и атмосферную влагу. Вода – важнейший компонент всего живого. Грунтовые воды, проникая сквозь ткани растения в процессе транспирации, привносят минеральные соли, необходимые для жизнедеятельности самих растений.

Интенсивность годового круговорота воды на земном шаре показана в табл. 58.

Таблица 58.