5. Круговорот веществ в природе

Уровень воздействия человека на биосферу может быть определен следующим образом: если воздействие человека на биосферу не превышает прочности сложившихся в ней саморегулирующих экосистем, эти системы остаются жизнеспособными и существенных изменений в общем балансе не произойдет. При этом главной опасностью для биосферы является воздействие человека на круговорот веществ и циклов обращения химических элементов.

Круговорот веществ– закономерный процесс многократного участия веществ (абиогенных и биогенных) в явлениях, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере.

Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой, илигеологический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы, ималый, илибиологический, который развивается на основе большого и заключается в круговой циркуляции веществ между почвой, растениями, микроорганизмами и животными. Оба круговорота взаимосвязаны и представляют собой единый процесс.

Биологический круговорот имеет ряд биогеохимических циклов. Биогеохимический цикл - непрерывная циркуляция химических элементов в биосфере по более или менее замкнутым путям: поступление химических элементов из внешней среды - воды, почвы, атмосферы в живые организмы, превращение в них поступающих химических элементов в новые сложные соединения и возвращение их обратно в процессе жизнедеятельности во внешнюю среду с ежегодным опадом части органического вещества или с полностью отмершими организмами. Наиболее существенными из биогеохимических циклов являются циклы, связанные суглеродом, кислородом, азотом, фосфором, серойи другими химическими элементами. Они непрерывно циркулируют в живом веществе и окружающей среде. При этом часть из них исключается из биологического круговорота и с помощью геохимических процессов закрепляется в осадочных отложениях или переносится в океан.

Средняя продолжительность общего цикла обмена углеро­да, азота и воды, вовлеченных в биологический круговорот — 300-400 лет, кислорода 2000 лет. В соответствии с этой скоростью освобождаются минеральные соединения, связанные в биомассе. Освобождаются и минерализуются вещества гумуса почвы.

Различные вещества имеют разную скорость обмена в биосфере. К подвижным относят: хлор, серу, бор, бром, фтор. К пассивным – кремний, калий, фосфор, медь, никель, алюминий и железо. Круговорот всех биогенных элементов происходит на уровне биогеоценоза. От того, насколько регулярно и полно осуществляется круговорот химических элементов, зависит продуктивность биогеоценоза.

Существование подобных круговоротов создает возможность для саморегуляции системы, что придает экосистеме устойчивость: удивительное постоянство процентного содержания различных элементов. Здесь действует принцип функционирования экосистем: получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.

Круговорот веществ в природе подразумевает общую согласованность места, времени и скорости процессов по уровням от популяции до биосферы. Такую согласованность явлений природы называют экологическим равновесием, но это равновесие динамичное и подвижное.

Анализ современного состояния вмешательства человека в биосферу показывает, что происходит все более интенсивные нарушения биохимических циклов. Эти нарушения сопровождаются выпадением их отдельных звеньев, ускорением деструктивных ветвей, рассеиванием запасов отдельных элементов до угрожающего уровня и, напротив, концентрацией ряда вредных элементов в отдельных местах биосферы.

Современная промышленность, энергетика, транспорт, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство и др. отрасли вносят в биосферу много новых веществ, одни из которых являются вредными для биосферы, вызывают заболевания и отравления живых организмов, не поддаются деструкции микроорганизмами, а другие используются живыми организмами. В итоге биологический круговорот в отдельных регионах становится не замкнутым, равновесие и циклическое строение биосферы нарушаются.

Техногенные поступления отдельных элементов и соединений в 10-100 раз превышают их естественное поступление при вулканизме и выветривании. Особенно велико вовлечение человеком в биосферу натрия, хлора, железа, фтора, меди, цинка, бария, кадмия, ртути и др. в количестве сотен тысяч и десятков миллионов тонн ежегодно.

В целом мировое производство стало сопоставимо по своим масштабам с геологическими процессами, а техногенные потоки веществ превосходят в ряде случаев природные.