3.4.3 Биохимические кругообороты вещества

С потоками энергии тесно связаны потоки вещества. За счет процессов миграции химических элементов все геосферы Земли связаны единым циклом кругооборота этих элементов. Кругооборот, движущей силой которого являются тектонические процессы и солнечная энергия, получил название большого (геологического) кругооборота.

Схематически это можно представить так. Изверженные глубинные породы мантийного происхождения (базальты) тектоническими процессами выводятся из недр Земли в биосферу. Под действием солнечной энергии и живого вещества они выветриваются, переносятся, превращаются в различные осадочные породы. Затем за счет тектонических движений снова попадают в зону больших давлений и температур Земли, где из них освобождается солнечная энергия, осуществляется метаморфизм и создание гранитных пород. Гранитные породы снова за счет тектонических движений попадают в биосферу. Таким образом, большой кругооборот вещества можно рассматривать как эволюцию земной коры от океанического (базальтового) типа до материкового (гранитного). Мощность большого кругооборота приблизительно 2∙10¹⁶ т/год.

Возникновение жизни на Земле способствовало появлению новой формы миграции химических элементов – биогенной. На большой (геологический) наложился малый (биогенный) кругооборот вещества. В малом кругообороте перемещаются в основном углерод(10¹¹т/год.) и фосфор (10⁸т/год.). Оба кругооборота протекают сейчас одновременно и тесно связанные между собою.

Живые организмы в биосфере инициируют кругооборот веществ и приводят к возникновению биогеохимических циклов. Биохимические циклы – это циклическое перемещение биогенных элементов: углерода, кислорода, водорода, азота, серы, фосфора, кальция, калия и др. от одного компонента биосферы к другим так, что на определенных участках этого кругооборота они входят в состав живых организмов.

Перемещение вещества в биохимических циклах одновременно обеспечивает жизнедеятельность живых организмов.

Главными оценочными параметрами эффективности и направления работы биогеохимического цикла является количество биомассы, ее элементарный состав и активное функционирование живых организмов.

Химические элементы, которые принимают участие в строительстве живого вещества и необходимые для его синтеза, получили название биогенных.

Состав абиотичной части нашей планеты приблизительно такой: Fe »36%, O₂ » 25%, Si » 23%, Mg » 10%, S » 3%, Ni » 2%, другие » 15%. Состав биомассы совсем другой: O₂ » 70%, C » 15%, H » 11%, другие » 4%.

Принцип цикличности в преобразованиях и перемещениях вещества в биосфере является основоположным. Сохранение цикличности - условие существования биосферы. Центральное место

в биосфере занимают биохимические циклы: углерода, воды, азота, и фосфора. Эти циклы в наибольшей мере испытали трансформацию при формировании техносферы и агросферы, и изучение их стало важной задачей экологии.

Биохимический цикл углерода базируется на атмосферном депо, которое содержит его в количестве, приблизительно равном 700 млрд. тонн в форме углекислого газа (рис.3.3). Этот цикл инициируется фотосинтезом и дыханием. Оба процесса идут так интенсивно, что у растений и животных на долю углерода приходится до 40-50% общей массы. Остатки отмерших растений и животных способствуют образованию гумуса. Аналогично получается и торф. В этих двух формах содержится до 99% углерода нашей планеты. Скорость кругооборота углерода вычисляется в среднем от 300 до 1000 лет.

Образование техносферы существенно изменило этот цикл. Сейчас антропогенное поступление углекислого газа в атмосферу возросло больше природного на 6-10%. Это связано, главным образом, с вырубкой лесов и заменой их менее продуктивными агроценозами. Определенный взнос делает промышленность и все производства, которые связаны со сжиганием топлива

Дыхание

почв

Фотосинтез

Вулканическая деятельность

Континенты Фосилизация