4.2. Круговорот вещества.

Биогеохимические циклы.

Вещество, необходимое для жизни может использоваться многократно. Эти процессы называются круговоротами веществ или биогеохимическими циклами.

Энергия для круговоротов.

Энергия для круговоротов поставляется от Солнца.

Роль жизни в круговоротах.

Почти все механизмы круговоротов основаны на биологических процессах.

В каждом круговороте различают два фонда:

1. резервный - большая масса веществ, рассеянных в буферных зонах (атмосфера, гидросфера, литосфера), организмы (в основном растения) берут из них питательные вещества и сбрасывают в них отходы;

2. обменный - меньший, но более активный и подвижный фонд, сосредоточен в живых организмах.

Два основных типа круговоротов:

1. круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере;

2. осадочный цикл с резервным фондом в литосфере.

Захоронения.

Часть вещества уходит из круговорота в захоронения в виде угля, торфа, нефти, осадочных пород и т.п.

Круговорот воды.

Около трети энергии Солнца на Земле затрачивается круговорот воды. Значительная часть осадков на сушу приходит с моря. 97-99% вода, поступающей в растения из почвы, испаряется через листья (транспирация). Это стабилизирует уровень грунтовых вод и поддерживает и локальные круговороты воды.

Круговорот углерода.

За последние 100 лет содержание СО₂ постоянно растет.

1800г. - 0.029% CO₂, 1958 г. - 0.0315%, 1980 - 0.0335%.

2050г – 0.06%, ожидается повышение температуры в среднем на 1.5-4.5^оС.

Круговорот азота.

Азот входит в состав аминокислот, являющихся строительным материалом для белков. Круговорота азота осуществляется только благодаря микроорганизмам (бактерии, сине-зеленые водоросли, грибы). Два источника азота:

1. нитраты - результат деятельности организмов-азотофиксаторов и молний.

2. результат разложения органики с участием бактерий-нитрификаторов.

Возвращение азота в атмосферу происходит в результате деятельности бактерий-денитрификаторов, разлагающих нитраты до свободного азота и кислорода.

Круговорот фосфора.

Фосфор является необходимым компонентом нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), обеспечивающих запись, хранением и чтением генетической информации. Фосфор – это редкий элемент. Его дефицит ограничивает продуктивность растений. Фосфор переходит из органики в фосфаты, которые могут использоваться растениями. В круговороте фосфора отсутствует газообразная фаза. То есть основным источником азота является литосфера, подвергающаяся эррозии. Поэтому фосфор в конечном итоге выводится в донные осадки морей. В фосфор возвращался в круговорот морскими птицами и человеком.

Круговорот серы.

Сера является элементом, необходимым для синтеза многих белков.Круговорот серы охватывает воздух, воду и почву. Основная доступная форма серы - сульфаты SO₄. Основными источниками серы являются челоаек, вулканы, разложение органики и распад серосодержащих руд и минералов.

Осадочный цикл.

Большинство важных для жизни элементов (железо, кальций, калий, магний, марганец, медь, хлор и др.) более привязано к земле. Их круговороты входят в общий осадочный цикл, циркулирующий путем эрозии, осадкообразования, горообразования, вулканизма и биологического переноса.

Круговорот второстепенных элементов.

Второстепенные элементы не представляют особой ценности для организмов. Большинство из них участвуют в осадочном цикле. Человек вносит в природу вещества, не характерные для биосферы. Так радиоактивный стронций-90 по химическим свойствам похож на кальций, поэтому он накапливается в костях и является причиной лейкомии.

Разложение живого вещества.

Разложение есть результат биотических (живые организмы) и абиотических процессов (например, пожар). Полное разрушение осуществляется целым комплексом разрушителей, которые последовательно сменяют друг друга, подготавливая среду друг для друга.

Лекция 5. Движение энергии в биосфере.

Цель: изучение путей движения энергии в биосфере.