Экология. Курс лекций

Наиболее разнообразны в биоценозах редкие и малочисленные виды. Они составляют как бы резерв биоценоза. В сложившейся обстановке их популяции часто находятся на пределе выживаемости, и они не могут реализовать свои возможности размножения, но в изменившихся условиях в состоянии включиться в состав доминантов или даже занять их место. Среди множества

малочисленных видов всегда найдутся такие, для которых отклонение условий от средней нормы окажется благоприятным. Таким образом, биоценоз сохраняет свою устойчивость и не разрушается при разных погодных колебаниях и других внешних воздействиях, включая умеренные антропогенные.

Пространственная структура биоценоза первоначально определяется особенностями атмосферы, горной породы почвы и ее вод. В ходе длительного эволюционного преобразования, приспосабливаясь к определенным условиям, живые организмы размещаются в биоценозах таким образом, что практически не мешают друг другу. Основу этого распределения формирует растительность. Растения создают в биоценозах ярусность, располагая друг под другом листву в соответствии со своей формой роста и светолюбием. Например, в лесах умеренного климата может быть до 6 ярусов растений: 1 – деревья первой величины (ель, сосна, дуб, береза, осина); 2 – деревья второй величины (рябина, черемуха); 3 – подлесок из кустарников (бересклет, лещина, шиповник); 4 – подлесок из невысоких кустарников и крупных трав (багульник, голубика, вереск, иван-чай); 5 – низкие кустарники и мелкие травы (водяника, клюква, кисличка); 6 – мхи, почвенные лишайники, печеночники. Ярусно располагаются и подземные части растений. Растения каждого яруса и обусловленный ими микроклимат создают определенную среду для определенных животных.

В почвенном ярусе леса, заполненным корнями растений, обитают бактерии, грибы, насекомые, клещи, черви. В лесной подстилке среди разлагающихся растительных остатков, мхов, лишайников и грибов живут насекомые, клещи, пауки, множество микроорганизмов. Более высокие ярусы – травостой, подлесок – занимают растительноядные насекомые, птицы, млекопитающие. При этом, даже птицы, свободно передвигающиеся, обычно придерживаются строго определенного яруса. Особенно ярко это проявляется в гнездовый период. Одни и те же виды в силу возрастных различий особей или вследствие частичного угнетения могут кратковременно находиться в разных ярусах. Например, всходы ели располагаются в нижних ярусах леса, но по мере роста при благоприятных условиях, ель займет свое место в верхнем ярусе.

Имеются и внеярусные организмы, например, лианы, паразиты, а также многие животные, свободно переходящие из одного яруса в другой. Они затрудняют четкое выделение ярусов, что особенно характерно для тропических лесов. В каждом ярусе складывается своя система взаимоотношений, поэтому ярус можно рассматривать как структурную единицу биоценоза.

Соседние биоценозы обычно постепенно переходят друг в друга. В пограничной зоне как бы переплетаются типичные условия соседствующих

11

биоценозов. Обилие растений привлекает сюда разнообразных животных, так что пограничная зона оказывается более разнообразной и богатой в видовом отношении, чем каждый из смежных биоценозов. Это явление получила название опушечного эффекта и часто используется при создании парков, где хотят восстановить видовое разнообразие.

Трофическая структура биоценоза выражается в сложных пищевых связях между популяциями видов, входящих в биоценоз. В природных сообществах каждый вид включен в одну или несколько цепей питания, в которых происходит перенос энергии пищи от организмов-автотрофов, которые сами снабжают себя органическими веществами, к организмамгетеротрофам, живущим за счет продуктов, синтезированных автотрофами.

Цепи питания или трофические цепи – это такие ряды, в которых каждый предыдущий вид служит пищей последующему, например, растения – гусеницы – насекомоядные птицы – хищные птицы. Отдельные звенья цепей питания называются трофическими уровнями. Организмы, получающие свою энергию через одинаковое число звеньев, принадлежат к одному трофическому уровню. Многие виды могут входить в разные цепи питания.

Все организмы-автотрофы по характеру источника энергии подразделяются на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов. Фотоавтотрофы –

это зеленые растения – основные поставщики органического вещества, используют для его синтеза энергию солнечного излучения. Хемоавтотрофы – это бактерии и архебактерии, которые в процессе синтеза органического вещества используют энергию химических связей. Химическая энергия высвобождается в процессах окисления минеральных веществ. Экзотермические окислительные процессы используются, например, нитрифицирующими бактериями (окисляют аммиак до нитритов, а затем до нитратов), серобактериями (окисляют сероводород до сульфатов). Цепи питания всегда начинаются с растений – основных автотрофных организмов. Основная роль пищевых связей в биоценозе заключается в том, что последовательно питаясь друг другом, живые организмы создают условия для круговорота веществ, без которого невозможна жизнь. Трофические отношения влияют на численность представленных в биоценозе видов, происходит взаимная саморегуляция численности.

12

Лекция 2. БИОСФЕРА ЗЕМЛИ И ЕЕ СТРУКТУРА

1. Строение и характеристика атмосферы. 2. Литосфера и почва. Земельные ресурсы. 3. Гидросфера. 4. Биосферные циклы.

Биосфера, по определению В.И. Вернадского – «зона жизни», охватывает нижнюю часть атмосферы (тропосферу), всю гидросферу и верхнюю часть литосферы (почву). Другими словами биосфера представляет собой глобальный биотоп, населенный всеми живыми организмами, в том числе и человеком, которые проживают на планете Земля. Она не образует плотного слоя с четкими границами, а как бы «пропитывает другие геосферы планеты. Верхняя граница биосферы простирается от поверхности земли до озонового слоя. Выше этой границы организмы жить не могут – на них губительно действует ультрафиолетовое излучение Солнца и очень низкая температура (-560С). Нижняя граница биосферы проходит по дну океана в гидросфере и до глубины 3,0 – 3,5 км в земной коре материковой зоны, где температура недр достигает 1000С и выше, что также губительно для всего живого. Наиболее густо населена организмами суша, поверхностные воды океана и его дно до небольшой глубины (до 200 м), куда проникают солнечные лучи. Здесь особенно благоприятные условия для жизни.

Толщина биосферы, в среднем, немногим более 20 км. По сравнению с диаметром земного шара (13000 км), биосфера – тонкая пленка. Тем не менее живые организмы существенно изменили вид нашей планеты, преобразовали земную кору, гидросферу и нижние слои атмосферы. И в настоящее время они участвуют в разрушении горных пород, в образовании почвы, полезных ископаемых, регулируют содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере. На основании учения Вернадского в настоящее время биосферу определяют как активную оболочку Земли, в которой совокупная

деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба. Земля такая, как есть только потому, что на ней существует жизнь! Масса биосферы, по современным оценкам, составляет порядка 1,5·1021 кг.

1. Строение и характеристика атмосферы

Атмосфера – это природная смесь газов, сложившаяся в ходе эволюции Земли. Масса атмосферы при средней толщине 3000 км, составляет около 5,2·1018 кг. Свыше 90% ее сосредоточено в тропосфере, на долю которой, при средней толщине в 10-16 км, приходится 4,7·1018 кг. Современная атмосфера Земли, созданная живыми организмами, по химическому составу относится к азотно-кислородному типу и этим качественно отличается от газовых оболочек всех известных небесных тел, включая планеты Солнечной системы.

Соотношение газов на разных высотах не одинаково. Условно атмосферу принято делить на гомосферу, характеризующуюся однородным и устойчивым газовым составом, и гетеросферу. Граница между этими зонами лежит на

13

высоте около 100 км. Выше этой границы характерен нарастающий уровень ионизации газов за счет фотодиссоциации. Атмосфера в зоне гомосферы состоит из смеси следующих газов (% по объему): азота (N2) – 78, кислорода (O2) – 21, аргона (Ar) – 0,93, углекислого газа (CO2) – 0,03, инертных газов – неона (Ne), криптона (Kr), ксенона (Xe), радона (Rn), а также водорода (H2) – 10-4, и озона (О3) – 10-6. Остальную часть объема атмосферы занимают пары воды и пыль. В воздухе содержатся микроорганизмы (бактерии, плесневые грибы, их споры и споры растений). Чаще всего они бывают сорбированы на поверхности пылинок, вместе с которыми и переносятся потоками воздуха.

Кроме кислорода, наибольшее значение для деятельности живых организмов имеют углекислый газ, озон и водяной пар. Атмосфера является также теплоизоляционным фильтром, нивелирующим перепад суточных температурю. Без атмосферы перепад температур в сутки достигал бы 2000С. Газовая оболочка спасает все живые существа земного шара от губительных ультрофиолетовых, рентгеновских, космических лучей, а также метеоритов. Велико значение атмосферы и в распределении света: она рассеивает солнечное излучение и создает то равномерное освещение, к которому мы привыкли. Атмосфера является также средой, в которой распрастраняются звуки. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них на режим рек, почвенно-растительный покров и на процесс рельефообразования.

В тропосфере (нижняя часть атмосферы до 16-18 км) средняя температура убывает с высотой примерно на 6 0С на каждый километр. Господствующие процессы в тропосфере (испарение водяного пара и его конденсация) приводят к образованию облаков и осадков, поскольку в тропосфере содержится преобладающая часть водяного пара атмосферы. Стратосфера располагается в диапазоне высот от 10-16 км примерно до 50 км. Уже на высоте порядка 11 км температура перестает понижаться с высотой. В стратосфере до высоты примерно 25 км наблюдается постоянство температуры (-560С), слабые воздушные потоки. Выше температура начинает повышаться в среднем на 0,60С на каждые 100 м за счет поглощения ультрафиолетовой солнечной радиации озоном и на высоте примерно 50 км достигает 00С. В стратосфере сконцентрирована основная часть атмосферного озона. Стратосфера содержит мало влаги.

Озон (от греч. – пахнущий) – аллотропное видоизменение кислорода, молекула которого состоит из трех атомов (О3), обладает характерным запахом и сильными окислительными и обеззараживающими свойствами. Озон образуется в результате фотодиссоциации кислорода при действии ультрафиолетового излучения Солнца или электрического разряда (молнии). В атмосфере максимальная концентрация озона наблюдается на высоте 20-25 км между тропосферой и стратосферой, где образуется озоновый слой, защищающий Землю от жесткого ультрафиолетового излучения. На больших высотах в результате интенсивного радиационного воздействия озон разрушается и выше 80 км его практически нет. Озоновый слой очень тонок. Если бы этот газ удалось сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал

14

бы пленку толщиной всего 2-4 мм. В стратосфере озон сохраняется в течение довольно длительного времени. В озоновом слое только одна молекула из 100 тысяч является молекулой озона, однако этого достаточно, чтобы озон, поглощал из потока солнечной радиации большую часть опасного для биоты жесткого ультрафиолетового излучения. Реакцию каждой экосистемы на истощение озонового слоя предсказать невозможно, тем более, что одновременно возможно и изменение климата. В 1974 г. было обнаружено, что хлорфторуглеводороды или фреоны (хладоны), например, CHFCL2, CF2CL2, CFCL3 и др., широко применяющиеся в холодильных установках (хладоносители) и в производстве аэрозолей (распылители) способствуют разрушению озонового слоя и образованию озоновых дыр. Оказалось, что фреоны – вещества стабильные и инертные в тропосфере, поднимаясь в стратосферу, подвергаются фотохимическому разложению с выделением атомарного хлора, служащего катализатором химических реакций, разрушающих молекулы озона. Защитники окружающей среды, экологи, политики, общественность разных стран объединились в борьбе за запрещение производства и применения фреонов. Эта борьба увенчалась успехом. К середине 80-х годов потребление фреонов вернулось к уровню 1975 г., а в 1990 г. правительства 92 стран мира подписали соглашение о полном прекращении производства фреонов к 2000 г. Были найдены заменители фреонов, причем, даже более дешевые.

Помимо тропосферы и стратосферы в атмосфере выделяют мезосферу (5080 км), где температура опять понижается до -700С; термосферу (выше 80 км, верхняя граница неопределенная); экзосферу (800-1600 км), где преобладает гелий. Выше 2000 км преобладает водород.

2. Литосфера и почва. Земельные ресурсы

Литосфера – это твердая оболочка Земли, земная кора, две трети которой покрыто водами океанов и морей. По физическим свойствам земная кора делится на два типа: материковый и океанический. Почва – это верхний слой земной коры, образуется в результате взаимодействия живой (органической) и мертвой (неорганической) природы. Впервые выделил почву как «особое природное тело» и заложил основы почвоведения русский ученый В.В. Докучаев (1846-1903). Согласно классификации В.И. Вернадского, почва представляет собой биокосное вещество. Биогенные компоненты составляют относительно небольшую, хотя и очень важную, часть почвы (примерно от 3 до 10%). Минеральные вещества составляют до 90% массы почвы. Плодородный почвенный слой образуется очень медленно 1 см за 200-300 лет. Для образования почвы требуются тысячелетия взаимодействия воды, воздуха, тепла, растительных и животных организмов и, особенно, микроорганизмов с почвообразующей горной породой.

Толщина почвы в среднем составляет 18-20 см, хотя в различных районах суши может составлять от нескольких мм до 1,5-3 м. В реформировании почвы принимают участие процессы выветривания, образования гумуса и

15

передвижения органических и минеральных соединений. В результате разложения детрита (мертвое органическое вещество) образуется гумус (от лат.

– «почва») – перегной, органическое вещество почвы. Содержание гумуса в почве определяет ее естественное плодородие, т.е. свойство почвы обеспечивать потребности растений в питательных веществах и воде и давать урожай сельскохозяйственных культур. Жизненно необходимый обмен минеральными веществами между биосферой и неорганическим миром происходит именно в почве. Почвоведы выделяют десятки типов различных почв. Наиболее распространенным являются: красноземы, желтоземы, черноземы, каштановые, пустынные, подзолистые и лесные почвы. Почва постоянно находится под угрозой разрушении – эрозии. Различают естественную эрозию – это смыв и размыв наиболее плодородного слоя почвы талыми и ливневыми водами, а также выдувание его ветрами. Естественная эрозия обычно протекает очень медленно и уравновешивается естественным почвообразованием. Антропогенная эрозия – нарушение почвенного покрова в результате деятельности человека (распашка и культивация земель, сведение лесов и т.д.). Антропогенная эрозия обусловлена неправильным природопользованием, протекает ускоренно, вплоть до случаев полного сноса почвенного слоя и явлений опустынивания.

Роль почвы определяется тем, что почва представляет собой первоисточник всех материальных благ, дает корм для скота, лесоматериалы, волокна для одежды и является основным источником продовольствия, обеспечивающим до 97% продовольственных ресурсов для населения планеты. Площадь земельных ресурсов мира составляет 129 млн. км2, или 86,5% площади суши. Пашня и многолетние насаждения в составе сельскохозяйственных занимают около 15 млн. км2 (10% суши), сенокосы и пастбища – 37,4 млн.км2 (25% суши). Площадь земель, не затронутых хозяйственной деятельностью человека, примерно 38 млн. км2 (29% суши) по данным на 80-е годы ХХ века. Всего в настоящее время под прямым контролем человека находится свыше 50 млн. км2 земель. По мнению экологов, эта площадь уже превышает допустимый предел земельных ресурсов, подлежащих хозяйственному использованию, в том числе и для интенсивного земледелия. Пашня может быть увеличена лишь за счет пастбищ и лесов, что чревато серьезными эколого-экономическими последствиями. В то же время с возделанными землями соседствуют огромные пространства пустынь и полупустынь, занимающие в разных зонах более 30 млн. км2 и освоенные только на 3%. Земельные ресурсы планеты позволяют обеспечить продуктами питания больше населения, чем имеется в настоящее время и будет в ближайшем будущем. Вместе с тем, в связи с ростом населения, количество пашни на душу населения сокращается и составляет в настоящее время в среднем 0,35 га. В разных странах душевая обеспеченность пашней населения различна, например, для Канады – 1,4 га, для США – 0,63 га, для ФРГ – 0,15 га, для Японии – 0,04 га. Для России обеспеченность пашней на душу населения в настоящее время достигает 0,82 га.

16

Более половины всех сельскохозяйственных угодий в России составляют эрозионно опасные и подверженные эрозии земли. Помимо эрозии другими основными причинами деградации и утраты земельных ресурсов являются: 1) потеря гумуса и снижение плодородия вследствие направленной агротехники, в основном, из-за отсутствия севооборотов и недостаточного возвращения в почву питательных веществ; 2) подтопление и вторичное засоление почвы, вызываемое бездренажным орошением и неконтролируемой подачей воды; 3) машинная деградация почвы (переуплотнение, нарушение структуры пахотного слоя и т.п.); 4) химическое и радиационное загрязнение почвы.

Одним из наиболее серьезных проявлений деградации земель является техногенное опустынивание. Скорость опустынивания в мире достигла сейчас 0,7 – 1,0 млн. км2 (70-100 млн.га) в год. Почва представляет собой незаменимый природный ресурс. Как бы ни были совершенны способы выращивания растений без почвы (гидропонный, пластопонный, аэропонный, они ни в коей мере не могут заменить ее.

3. Гидросфера

Гидросфера – это прерывистая водная оболочка Земли, совокупность океанов, морей, континентальных вод (включая подземные) и ледяных покровов. Гидросфера – один из главных компонентов биосферы, ценнейший природный ресурс. Она объединяет все свободные воды, которые могут передвигаться под влиянием солнечной энергии и сил гравитации, переходя из одного состояния в другое. Совершая круговорот в природе, вода принимает участие в формировании поверхности Земли. Вода является наилучшим растворителем, она растворяет, разрушает и транспортирует различные вещества, способствует отложению осадочных пород и образованию почвы.

Вода входит в состав всех живых организмов. Ткани живых организмов на 65-95% состоят из воды, и поэтому В.И. Вернадский определил жизнь как живую воду. Для многих организмов вода служит средой обитания. Моря и океаны занимают порядка 70% земной поверхности, 10% площади континентов занимают ледники, поэтому существует представление о неисчерпаемости водных запасов. Однако, гидросфера – самая тонкая геосфера земли (средняя толщина ее 3,8 км), кроме того свыше 97% - это вода соленая или в значительной мере минерализованная. Масса пресных вод составляет менее 3% от общих запасов воды на Земле. Однако, хотя доля поверхностных пресных вод суши (реки, озера, болота, почвенные и грунтовые воды) в общей массе гидросферы невелики, высокая активность водообмена многократно увеличивает их запасы.

Активность водообмена – это скорость возобновления отдельных водных ресурсов гидросферы, которая выражается числом лет (или суток), необходимых для полного возобновления водных ресурсов. Например, для Мирового океана она составляет 3000 лет, для подземных вод – 5000 лет, для полярных ледников – 8000 лет, а для речных вод – 10-14 суток. Еще большая

17

активность водообмена присуща запасам влаги в атмосфере, которые обновляются каждые 8-10 дней. Поэтому 25-миллиметрового слоя водяного пара в атмосфере хватает для обеспечения нормального функционирования многочисленных экосистем на Земле.

В пресных водах обычно преобладают ионы HCO3,Ca2+,Mg2+. По мере увеличения общей минерализации растет концентрация ионов SO 24 , Cl- , Na+ , K+. Прочие элементы содержатся в очень малых количесвтах, но почти все естественные элементы периодической системы найдены в природных водах. Из растворенных газов в природных водах присутствуют азот, кислород, углекислый газ, инертные газы, иногда сероводород и углероды. Концентрация растворенных в морской воде солей составляет около 3,5%, причем по химическому составу это, в основном, ионы Cl-, Na+, SO 24 , Mg2+, Ca2+, К+. Соотношение главных ионов на протяжении миллионов лет остается постоянным, несмотря на прерывный обмен веществ.

Большинство процессов, связанных с обменом веществ в тканях живых организмов, могут протекать только в водной среде. Вода – источник кислорода, поступающего в атмосферу при фотосинтезе:

hν

6СО2+6Н2О → С6Н 12О6+6О2↑

хлорофил

Круговорот воды увязывает воедино все части гидросферы, образуя в целом замкнутую систему: океан-атмосфера-суша. Теплоемкость воды в 3,3 тыс. раз больше теплоемкости воздуха. Поглощая огромное количество тепловой энергии и медленно ее отдавая, вода служит регулятором климатических процессов глобального масштаба. Водяной пар, находящийся в атмосфере, пропускает большую часть солнечных лучей и задерживает тепловое излучение Земли в мировое пространство, регулируя тепловой баланс планеты.

Антропогенное влияние на гидросферу огромно. Главное потребители пресной воды распределяются следующим образом: около 70% мирового потребления приходится на сельское хозяйство; 13% - на промышленность; 10% - на коммунально-бытовые нужды; 7% - на собственные нужды водного хозяйства (гидроэнергетика, судоходство, рыбное хозяйство и др.)

Удельное водопотребление на душу населения в сутки в разных странах различно, например: в США – 320 л, в Германии – 180 л, в Великобритании – 170 л, в Японии – 128 л, в Индии – 65 л, в Финляндии – 58 л, в Иране – 16 л, в Москве – 400 л. В целом по России на одного человека образуется примерно в 1,5 раза больше хозяйственных стоков, чем в среднем в мире. Сегодня половина человечества испытывает дифицит воды.

4. Биосферные циклы

Жизнь на Земле продолжается уже около 4 млрд. лет, осуществляясь как постоянный круговорот веществ, поддерживаемый потоком солнечной энергии. Солнечная энергия вызывает на Земле два круговорота веществ:

18

1) геологический или большой, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы; 2) биологический или малый, который заключается в протеканий двух противоположных, но взаимосвязанных процессов – создания органического вещества и его разрушения. Оба круговорота взаимосвязаны, малый является частью большого, и представляют единый процесс.

Геологический (большой) круговорот – это обмен химических элементов между океаном и сушой в результате разрушения изверженных горных пород, растворения их в воде, физико-химических превращений и образования минералов при испарении воды. Он существовал и до появления жизни на земле, его поддерживают энергия Солнца и сила земного тяготения. Большой круговорот происходит в течение сотен тысяч или миллионов лет – горные породы разрушаются, выветриваются, продукты выветривания сносятся потоками воды в Мировой океан, образуют напластования, возвращаются на сушу и процесс начинается вновь. Этот круговорот характеризуется двумя важными моментами:

1)осуществляется на протяжении всего геологического развития Земли;

2)представляет собой современный планетарный процесс, принимающий ведущее участие в дальнейшем развитии биосферы.

С появлением биосферы, геологический круговорот, не прекратив своего существования, приобрел новые черты: он стал начальным этапом биосферного перемещения вещества. Именно он поставляет живым организмам элементы питания и во многом определяет условия их существования.

Биологический (малый) круговорот – это циркуляция веществ между растениями, животными, микроорганизмами и почвой. Основа его – фотосинтез, т.е. превращение зелеными растениями и микроорганизмами (фотоавтотрофами) лучистой энергии Солнца в энергию химических связей органических веществ.

В отличие от круговорота веществ, который протекает по замкнутому кругу, энергия постоянно расходуется. До 30% ее рассеивается в атмосфере или отражается облаками и поверхностью Земли, до 20% поглощается в верхних слоях атмосферы, приблизительно 50% достигает суши и поверхности океана и поглощается в форме теплоты. Лишь ничтожная часть, около 0,1-0,2% энергии, получаемой Землей от Солнца, улавливается зелеными растениями и обеспечивает весь биологический круговорот веществ в биосфере.

Малый круговорот происходит на фоне большого. Он осуществляется внутри экосистем, но не замкнут, что связано с поступлением веществ и энергии в экосистему извне и с выходом части их в биосферный круговорот. По этой причине иногда говорят не о биологическом круговороте, а об обмене веществ и потоке энергии в экосистемах и отдельных организмах. С этой

малые круговороты. Живые организмы создают в биосфере круговорот важнейших биогенных элементов: макробиогенных – С, Н, О, N, P, K, Ca, Mg, S и микробиогенных – Fe, Mn, Cu, Zn, B, Na, Mo, Cl, V, Co, которые по переменно переходят из живого вещества в неорганическую материю. Именно фотосинтез обусловил появление на Земле кислорода, защитного озонового слоя и условий для биологической эволюции. В результате фотосинтеза ежегодно образуется 145 млрд.т. кислорода, более 100 млрд.т. органических веществ и усваивается около 200 млрд.т. углекислого газа. С появлением жизни на Земле химические элементы беспрерывно циркулируют в биосфере, переходят из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Такая циркуляция по более или менее замкнутым путям (биологический круговорот)

называется биосферным (биогеохимическим) циклом.

Биосферный цикл – это циркуляция химических элементов в биосфере из неорганической природы через растительные и животные организмы обратно в неорганическую, которая осуществляется с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций.

Основными биосферными циклами являются круговороты кислорода, углерода, воды, азота, фосфора, серы и остальных биогенных элементов. Кислород совершает полный оборот через организмы за 2000 лет, углекислота – за 300 лет, вода – за 2 млн. лет.

Например, биосферный цикл азота. Как и другие биосферные циклы он охватывает все области биосферы. Азот, необходимый для синтеза белков, которого в атмосфере 78%, в свободном виде недоступен большинству организмов. Азот усваивается растениями лишь после соединения его с кислородом или водородом. В природных условиях связывание атмосферного азота происходит при грозовых разрядах:

t 0

N2+O2→2NO

2NO+O2→2NO2 4NO2+2H2O2+O2→4HNO3

При гниении навоза образуется аммиак, который реагирует с азотной кислотой и углекислым газом, содержащимся в воздухе:

HNO3+NH3→NH4NO3

CO2+2NH3+H2O→ (NH4)2CO3

Процесс связывания азота осуществляют и микроорганизмы – азотфиксаторы (матанообразующие и сульфатвосстанавливающие бактерии, грибы, сине-зеленые водоросли, клубеньковые бактерии и др.). Однако пресыщения биосферы связанным азотом не происходит. Азот почвы потребляют растения. В составе растительных белков его используют животные. Возврат азота в атмосферу осуществляется в результате действия бактерий-денитрификаторов, которые разлагают нитраты до молекулярного

20