4. Круговорот веществ и энергии в биосфере.

Академик В. Р. Вильямс писал, что единственный способ придать чему-то конечному свойства бесконечного – это заставить конечное вращаться по замкнутой кривой, т. е. вовлечь его в круговорот.

Все вещества на планете Земля находятся в процессе круговорота. Круговоротом веществ на Земле называются повторяющиеся процессы превращения и перемещения веществ в природе, имеющие более или менее выраженный циклический характер. Различают два типа круговорота веществ – большой (геологический, абиотический) и малый (биологический, биотический).

Большой круговорот носит глобальный, планетарный характер, охватывает всю биосферу и выходит за ее пределы. Он обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и представляет собой перераспределение вещества между биосферой и более глубокими слоями Земли. Суть геологического круговорота состоит в следующем: выветривание магматических горных пород приводит к их разрушению и трансформации в осадочные. Осадочные горные породы в результате ряда процессов попадают в зоны действия высоких температур и давлений (в частности, сносятся потоками воды в Мировой океан). Там они преобразуются (метаморфизм), переплавляются и превращаются в магму – источник новых магматических пород, которые вновь поднимаются на поверхность планеты в результате медленных геологических процессов. Каждый последующий цикл круговорота не является точным повторением предыдущего, а вносит что-то новое, и это со временем приводит к очень значительным изменениям.

Малый круговорот является частью большого, осуществляется внутри экосистем и не выходит за пределы биосферы. Суть биологического круговорота заключается в протекании двух противоположных, но взаимосвязанных процессов: создании органического вещества (биомассы) из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и разрушении органического вещества до неорганических соединений в процессе разложения. Источником биологического круговорота является солнечная энергия, которая связывается, запасается на поверхности Земли в результате процесса фотосинтеза.

Фотосинтез – единственный процесс на Земле, при котором солнечная энергия не только тратится и перераспределяется, но и связывается (в количестве, не превышающем 5% от всей энергии Солнца, достигающей земной поверхности). Связанная энергия вступает в круговорот по трофическим (пищевым) цепям, претерпевая превращения из одной формы в другую:

1. солнечная энергия (свет),

2. химическая энергия (энергия химических связей),

3. механическая энергия (работа),

4. тепловая энергия (тепло).

Таким образом, на каждом этапе развития живого организма часть потенциальной (запасенной растениями в процессе фотосинтеза) химической энергии, получаемой им в результате питания, позволяет организму осуществлять свои жизненные функции и высвобождается в космическое пространство в виде тепла.

5. Биогеохимический круговорот.

Биогеохимический круговорот – перемещение и превращение химических элементов через косную и органическую природу при активном участии живого вещества. Биогеохимический круговорот является важным показателем интенсивности биологического круговорота, отражая скорость обращения химических элементов.

Различают два типа биогеохимических циклов:

1. круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере.

2. осадочный цикл с резервным фондом в литосфере.

Атмосфера имеет большой резервный фонд и высокую способность к саморегуляции, в отличие от осадочного цикла, который легко нарушается. Это связано с тем, что основная часть химических веществ сосредоточена в относительно малоподвижном и малоактивном резервном фонде земной коры. Если изъятие химических элементов в этих циклах происходит быстрее, чем возврат, то какая-то их часть может выбыть из круговорота на длительное время. Механизмы возвращения химических элементов в круговорот основаны главным образом на биологических процессах.

Существенную роль в жизни биосферы играет круговорот биогенных химических элементов: углерода С, фосфора Р, кислорода О, азота N, серы S, водорода Н.

Одни из элементов требуются организмам в относительно больших количествах (макроэлементы), другие тоже жизненно необходимы, но в меньших количествах (микроэлементы).