Континенты Океаны

Рис. 3.3.- Биогеохимический цикл углерода.

Биохимический цикл воды. Схема биологического кругооборота воды приведенная на (рис. 3.4). Основная ее масса (96,5%) сосредоточена в океанах. Объем подземных вод равняется ~ 30%, грунтових - 0,05%, атмосферной воды - 0,04%, воды болот - 0,03%, биологической, входящей в состав живых организмов - 0,003%. Преобладающая часть воды засоленая. Пресной воды на планете всего 2% от общего ее количества. Тела всех живых организмов довольно сильно обводненные: у животных на воду приходится 70%, а у растений - 90-95% от их массы. Общий кругооборот воды инициируется потоком солнечного излучения. Испарение и транспирация переводят воду из жидкого состояния в газообразное, и она поступает в атмосферу. Атмосферные осадки обеспечивают обводнение континентов (хотя часть осадков выпадает непосредственно над водоемами). Количественные показатели кругооборота воды определяются климатом, и сами определяют климат. Главным параметром оценки интенсивности кругооборота воды служит эвапотранспирация с ее разделением на испарение и собственную транспирацию. Непосредственно на формирование биомассы привлекается всего около 1% воды от общего ее количества на планете.

Осадки Эвапотран- Осадки Транспирация

спирация

Осадки

Эвапотранспирация

Подземный

Инфильтрация сток

Континенты Океаны

Рис. 3.4.- Биогеохимический цикл воды.

На образование 1 кг биомассы используется 130-230 кг воды, и потому кругооборот является довольно активным

Вода морей и океанов, а также подземные воды служат как депо воды. Моря теряют от испарения больше (1200 мм/год), чем получают от осадков (1100 мм/год). Эта разность обеспечивает обводнение континентов. На суше среднее годовое количество осадков равно 710 мм, а испарение - 470 мм. Обратное поступление воды в океаны и моря идет через поверхностный и подземный стоки. Сельскохозяйственное и промышленное производство, не изменяя общего количества воды в ее биохимическом цикле, существенно перераспределяет поступления воды разным регионам. Оказалось, что мелиорацией охвачены огромные территории. Оторванность мелиоративных проектов от экологических концепсий привела в конечном результате к опустыниванию, обмелению рек, высыханию внутренних водоемов, расположенных в условиях континентального климата. Ярким примером является обводнение юга Средней Азии за счет забора воды из Амударьи и Сырдарьи, которое завершилось трагедией Арала. Существенное влияние на цикл воды оказывает промышленное производство. Большинство его видов связано с использованием значительного количества воды, которая возращается в депо уже сильно загрязненной.

Биогеохимический цикл азота. Это один из наиболее быстрых кругооботов веществ (рис.3.5.).

Денетри–

фиксация

Биологическая

фиксация азота

Фото- и электрохимическая

фиксация азота

Биологическая

фиксация азота

Океаны

Контрненти

континенты

Рис.3.5.- Биогеохимический цикл азота.

Реализуется он, в основном, за счет деятельности разных групп живых организмов и, в первую очередь, при активном участии микроорганизмов. Основным депо азота является газообразный азот атмосферы. Его связывание осуществляется свободно существующими азотфиксаторами (биологическая, фото- и электрохимическая фиксация). Органические вещества, которые содержат азот, минерализуются за счет амонификации и нитрофикации, что делает доступным для высших растений нитратный и амониевый азот. Общие оценки фиксации атмосферного азота противоречивы и в среднем для планеты составляют от 100-170 мг/в год до 1-20 г/ в год. Это составляет приблизительно 126 млн. тонн азота в год.

В антропогенную эпоху на кругооборот азота большое влияние оказывает производство синтетических азотных удобрений. Оно состоит в связывании азота воздуха и поэтапного его преобразования сначала в аммиак, потом в азотную кислоту, необходимую для получения нитратов. Этот процесс стал широкомасштабным и привлек в биогеохимический цикл азота большое его количество из атмосферного депо. Введение антропогенного азота в его биогеохимический цикл равняется _6,4∙10⁷ _{т/год.( Garrels et al., 1973).}

_{Из всех синтетических минеральных удобрений азотные удобрения требуют наибольших энергетических затрат при их производстве и потому являются наиболее дорогими. Однако, в сельском хозяйстве не разработаны технологии безотходного использования азотных удобрений. Нитраты не полностью используются культурными растениями и существенно загрязняют грунтовые воды и водоемы. Проблема нитратного загрязнения окружающей среды в наше время стала одной из наиболее актуальных.}

Биогеохимический цикл фосфора. Этот цикл имеет наиболее простой характер (рис.3.6.). Основной запас фосфора сосредоточен на планете в виде горных пород и минералов. При их выветривании получаются фосфаты, которые используются растениями для построения органических веществ своего тела. После отмирания растений, фосфор минерализуют микроорганизмы - редуценти.Потери фосфора из биохимического цикла связаны в основном с вынесением фосфора в моря и океаны. Оттуда назад на сушу, он может попасть только через рыбу или гуано. Фосфорные удобрения вырабатывают в основном из горных пород. Такое переведение фосфора из депо в активную часть биохимического цикла так же, как в случае с азотом, имеет отрицательные последствия. Не использованный культурными растениями фосфор в результате ветровой эрозии поступает в водоёмы, что приводят к авторификации. Замечательной особенностью естественных экосистем является повторное использование биогенных веществ. Хотя в биогеохимических циклах некоторые из таких элементов и теряются, поступая в депо, и делаются доступными для растений, в естественных экосистемах масштаб этих процессов незначительный.

Морские

птицы

Минерализация Океаны

Высолювание и сток

Континенты

Рис.3.6.- Биогеохимический цикл фосфора.

_{Биосфера владеет мощным буферным действием относительно многих внешних влияний. Это обеспечивает общую устойчивость и создает благоприятные стабильные условия существования организмов. В границах биосферы смягчается действие ветра, засушливости воздуха и почв, поддерживается определенное соотношение между концентрацией кислорода и углекислого газа в атмосфере, суживается амплитуда колебаний температуры. Но все эти качества биосферы не могут противостоять неразумным действиям человека и резко падают при антропогенных воздействия. Так, засухи сравнительно безопасны для естественных экосистем, но они наносят ощутимые убытки агроэкосистемам. Сохранить почвенно – климатические условия больших регионов планеты и обеспечить их устойчивость можно только при наличии в этих регионах довольно больших по площади естественных биомов.}

_{Для устойчивости биогеохимических циклов большое значение имеют депо биогенных химических веществ в почве. Почва – это совсем особое по своим свойствам естественное тело. В биосфере почва выполняет великое множество специфических функций. Она обеспечивает растения всеми необходимыми питательными веществами, удерживает в себе большое количество влаги, препятствует её быстрому стеканию в реки. В сельском хозяйстве почва является компонентом производства.}

_{Важными участниками биогеохимических циклов являются почвенные микроорганизмы. Почва одновременно служит депо для многих веществ, за счет которых гасятся флюктуации, возникающие при переходе вещества из одного звена биогеохимического цикла к другому. В особенности важным относительно этого является гумус почв. В нем продукты разложения органических веществ содержатся продолжительное время.}

_{Антропогенное природопользование вносит в биогеохимические циклы немало препятствий. Так, распространенность сжигания топлива приводит к поступлению в атмосферу около 20 млрд.тонн углекислого газа и 700 млн. тонн других газов и твердых частиц. Вырубка лесов приводит к вынесению из экосистемы леса тысячи тонн азота, кремния, фосфора.}

_{Эти процессы, в сущности, ведут к появлению нового техногенного типа кругооборота химических элементов. Перенесенные в урбанизованные районы или в агроэкосистемы эти вещества оказываются или совсем, или временно исключенными из естественного их кругооборота.}

_{Нормальное функционирование биосферы возможно, если антропогенная деятельность не препятствует осуществлению естественных биогеохимических циклов, разрушение которых может привести к деградации биосферы.}