Глава 4. Круговорот веществ

Иными словами, все химические элементы участвуют и в большом, и в малом круговороте веществ, перемещаясь из неживой среды в живые организмы и обратно, образуя биогеохимические циклы.

Биогеохимические циклы - это более или менее замкнутые пути движения химических элементов в живых организмах («био»),в твердых породах, воздухе и воде («гео»). В круговороте элементов различают две части: резервный фонд - большая небиологическая часть медленно движущихся веществ и обменный фонд - меньшая, но более подвижная часть, которая быстро обменивается между организмами и окружающей их средой. Резервный фонд называют «недоступным», а обменный - «доступным» (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Биогеохимические циклы на фоне упрощенной схемы потока энергии: П_в, П_ч, П_вт - валовая, чистая и вторичная продукция; -> - энергия; -> - вещества

Из более чем ста химических элементов, встречающихся в природе, 30 - 40 являются биогенными, т. е. необходимы орга­низмам. Некоторые из них (углерод, водород, кислород, азот, фосфор) нужны организмам в больших количествах - макро­элементы, другие - в малых или даже ничтожных - микроэлементы.

137

Глава 4. Круговорот веществ

Следует иметь в виду, что циклы с малым объемом резервно­го фонда более подвержены воздействию человека. Биогеохими­ческие циклы делятся на два типа: газообразные циклы с резервным фондом химического элемента в атмосфере и гидро­сфере и осадочные циклы с резервным фондом в земной коре. Главными биогеохимическими циклами, обеспечивающими жизнь на планете (кроме круговорота воды), являются циркуля­ции углерода, кислорода, азота, фосфора, серы и других био­генных макроэлементов. Рассмотрим некоторые из них.

4.2. Циклы газооб- Биогеохимические циклы углерода иразных веществ азота - примеры наиболее важных газо­образных циклов биогенных веществ. Углерод поступает в биологический круговорот в виде СО₂, кото­рый усваивается растениями, а азот - в виде газообразного азотаN₂, который используется азотфиксирующими организма­ми. Доступные запасы этих газов содержатся в атмосфере.

■ Круговорот углерода. Углерод - основной строительный материал молекул важных для жизни органических соединений (углеводов, жиров, белков, нуклеиновых кислот - ДНК, РНК и др.). Растения получают его, поглощая СО₂из атмосферы. Сейчас запасы углерода в атмосфере в виде СО₂относительно невелики в сравнении с его запасами в океанах и земной коре (в виде ископаемого топлива). Но твердые формы углерода продуценты усваивать не могут.

В другие геологические эпохи содержание СО₂ в атмосфере было в 6 - 10 раз выше.

Вспомним, как образовалась современная земная атмосфера с низким содержани­ем углекислого газа и высоким содержанием кислорода. Более 3 млрд лет назад до появления жизни атмосфера Земли, подобно современной атмосфере Юпитера и других планет, состояла из вулканических газов. В ней было много СО₂ и мало (или совсем не было) кислорода. Первые организмы были анаэробными, т. е. жили в отсут­ствие кислорода. В результате того, что скорость образования органических веществ в среднем превышала скорости их разложения, в атмосфере стал появляться О₂.

Накопление кислорода началось с докембрия, и к началу палеозоя его содержание в атмосфере не превышало 10 % от современного. В дальнейшем оно неуклонно росло. Предполагают, что в истории Земли были периоды, когда концентрация кислорода превышала современную. Сейчас наличный запас свободного кислорода оценивается приблизительно в 1,6 10¹⁵ т. Современные зеленые растения могут воссоздать такое

138