4.3.3. Біохімічні кругообіги речовини

З потоками енергії тісно пов’язані потоки речовини. За рахунок процесів міграції хімічних елементів усі геосфери Землі пов’язані єдиним циклом кругообігу цих елементів. Кругообіг, рушійною силою якого є тектонічні процеси і сонячна енергія, одержав назву великого (геологічного) кругообігу.

Потужність великого кругообігу приблизно

Виникнення життя на Землі сприяло появі нової форми міграції хімічних елементів – біогенної. На великий (геологічний) кругообіг наклався малий (біогенний) кругообіг речовини. У малому кругообігу переміщаються, в основному, вуглець () і фосфор (). Обидва кругообіги протікають зараз одночасно й тісно пов’язані між собою.

Живі організми в біосфері ініціюють кругообіг речовин і призводять до виникнення біогеохімічних циклів. Біохімічні цикли – це циклічне переміщення біогенних елементів: вуглецю, кисню, водню, азоту, сірки, фосфору, кальцію, калію й ін. від даного компонента біосфери до інших так, що на визначених ділянках цього кругообігу вони входять до складу живої речовини.

Переміщення речовини в біохімічних циклах одночасно забезпечує життєдіяльність живих організмів.

Головними оціночними параметрами ефективності й напрямку роботи біогеохімічного циклу є кількість біомаси, її елементарний склад і активне функціонування живих організмів.

Хімічні елементи, що беруть участь у будівництві живої речовини і необхідні для його синтезу одержали назву біогенних.

Склад абіотичної частини нашої планети приблизно такий: Fe »36%, O₂»25%, Si»23%, Mg»10%, S»3%, Ni»2%, інші»15%. Склад біомаси зовсім інший: O₂»70%, C»15%, H»11%, інші»4%.

Принцип циклічності в перетвореннях і переміщеннях речовини в біосфері є основоположним. Зберігання циклічності - умова існування біосфери. Центральне місце в біосфері посідають біохімічні цикли: вуглецю, води, азоту, та фосфору. Ці цикли в найбільшій мірі зазнали трансформації при формуванні техносфери та агросфери, і вивчення їх стало важливою задачею екології.

4.4. Стабільність біосфери

_{Біосфера виступає як надзвичайно складна екосистема, яка працює у стаціонарному режимі на основі саморегуляції всіх складових її частин і процесів. Стабільність біосфери заснована на високому рівні розмаїття живих організмів, окремі групи яких виконують різні функції, які забезпечують визначену швидкість фіксації сонячної енергії та біогенної міграції атомів.}

_{У нормальному стані будь-якій екосистемі й біосфері в цілому властивий стійкий стан, що має назву гомеостаз, який характеризується динамічною рівновагою між народжуваністю та смертністю, споживанням і звільненням речовини й енергії. Окремі екосистеми, а отже, і біосфера, постійно піддаються зовнішньому впливу, який намагається вивести їх із рівноваги. Якщо цей вплив не занадто великий, тоді в ході екологічного дублювання, порушені зв’язки замінюються іншими і процес передачі речовини й енергії продовжується. Відповідно до закону внутрішньої динамічної рівноваги - речовина, енергія й інформація в цілому взаємозалежні і будь-яка зміна одного з цих показників викликає зміну всіх інших показників, причому ці зміни відбуваються в напрямку, що забезпечує зберігання загальної суми матеріально-енергетичних і динамічних якостей системи, тобто її стійкість. Згідно принципу Ле-Шательє будь-які зовнішні впливи, що виводять систему зі стану рівноваги, викликають у цій системі процеси, що намагаються послабити зовнішній вплив та повернути систему в початковий рівноважний стан.}

_{Таким чином, окремі екосистеми й біосфера в цілому пручаються впливам, які намагаються порушити їх стабільність.}

_{Стабільність біосфери - спроможність біосфери зберігати свій стан, протистояти внутрішнім збуренням, включаючи будь-які антропогенні впливи, шляхом вироблення в ній саморегулюючих механізмів.}

_{Саморегуляція - спроможність природної системи до відновлення внутрішніх властивостей після короткочасного природного або антропогенного впливу.}

Саморегуляція заснована на принципі зворотних зв’язків окремих складових природних систем, підсистем і екологічних компонентів. Так, наприклад, штучний або природний вплив (полив, дощ, добрива) призвів до різкого зростання їжі для деяких тварин. Чисельність цієї популяції швидко почала зростати, вони стали поїдати весь корм, і незабаром корму стало недостатньо і чисельність даної популяції стала падати. _{В результаті зворотного зв’язку підтримується динамічна рівновага між потоками речовини й енергії у біосфері й окремих її частинах. До саморегуляції належить і процес самоочищення навколишнього середовища.}

_{Самоочищення - спроможність середовища руйнувати, переробляти або переводити в індиферентний стан забруднюючі компоненти природного техногенного й побутового походження, які до неї потрапляють.}

_{Очищення природного середовища від органічних забруднюючих речовин наступає в результаті мінералізації, а від неорганічних - унаслідок хімічних реакцій, що перетворюють їх у нешкідливі мінеральні сполуки. Деякі вищі рослини й мікроорганізми активно очищають середовище від забруднень, розщеплюючи не властиві природі речовини.}

_{Узагальнюючи результати досліджень в області геології, палеонтології, біології й інших природничих наук, В. І. Вернадський прийшов до висновку, що біосфера - це "стійка динамічна система, рівновага якої установилася в основних рисах і незмінно діє протягом 1,5-2 млрд. років ”. В. І. Вернадський показав, що стабільність біосфери за цей час виявляється в сталості її загальної маси} (), енергії пов’язаної з живими речовинами () і середнього хімічного складу всього живого. Стабільність біосфери В. І. Вернадський зв’язував із тим, що функції життя в біосфері - біохімічні функції незмінні протягом геологічного часу, і жодна з них не з’явилася знову.

Усі функції живих організмів (створення газового середовища, окисні процеси, концентрація хімічних елементів і т. д.) не можуть виконуватися організмами будь-якого одного виду, а тільки їх комплексом. Звідси В. І. Вернадський робить важливий висновок: біосфера Землі сформувалася із самого початку як складна система з величезною кількістю видів, кожний з яких виконує свою роль у загальній системі.

Стабільність біосфери із самого початку була обумовлена її складністю.

В. І. Вернадському належить відкриття основного закону біосфери - кількість живої речовини є планетарною константою з часу архейської ери, тобто за весь геологічний час.За цей час живі організми морфологічно змінилися, але кількість живої речовини залишалася незмінною. Як вважав В. І. Вернадський, у складній організації біосфери відбувалися, у межах живої речовини, тільки перегрупування хімічних елементів, а не корінна зміна складу і кількості.