2.5. Круговороты веществ в природе
Основные круговороты веществ в природе: биологический (малый), круговорот воды и геологический (большой).
Биологический круговорот.
Живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и вода, воздух, минералы горных пород и почв. В живых организмах их обнаружено более 30. Преобладают в составе живых организмов кислород, водород, углерод, кальций, сера и другие химические элементы. Разница лишь в сложности молекул и количестве химических элементов: одних больше в живых организмах, других – во внешней среде.
Молекулы воды, составляющих воздуха, почвенных минералов, относительно просты, а живых организмов – очень сложны, некоторые состоят из миллионов атомов.
Биологический круговорот – это круговая циркуляция химических элементов между живыми организмами и внешней средой. Заключается она в поступлении химических элементов из почвы, гидросферы и атмосферы в живые организмы; превращении в них поступивших элементов в сложные органические соединения, а затем возврат этих элементов с отмершими организмами в почву, атмосферу и гидросферу через звено редуцентов.
Продуценты строят свой организм из простых неорганических соединений, преобразуют их в сложные органические соединения; консументы аналогичные преобразования начинают с более сложных соединений; редуценты высвобождают химические элементы, связанные в сложной органике, благодаря чему они снова могут включаться в круговорот. В качестве примера приведен круговорот азота.
.
Фиксация свободного
азота
Круговорот воды. На Земле постоянно происходит перенос воды в масштабе всей планеты, главным образом между океаном и сушей.
Вода испаряется с поверхности океанов, морей, рек, озер, суши и возвращается на эти же территории или переносится воздушным потоком на большие расстояния и выпадает в виде осадков.
В целом на планете общий объем осадков равен объему испарившейся воды. На континенте выпадает больше осадков, чем испаряется, разность составляет речной сток. С поверхности океана больше испаряется воды, чем выпадает осадков, разница пополняется речным стоком. Весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается ~ за 2 млн. лет.
Осадки, выпадающие на землю, разделяются на три части:
Первая часть стекает по поверхности земли и образует поверхностный сток (очень важный показатель). По поверхности вода стекает в ручьи, реки, направляющиеся в океан. Поверхностный сток содержит в своем составе частицы почвы, растворенные химические элементы, детрит, гумус, иногда он очень загрязнен, но в природных экосистемах величина его невелика. В связи с хозяйственной деятельностью (вырубка лесов, распашка степей и т. д.) величина поверхностного стока значительно увеличилась, что вызвало массу экологических проблем.
Вторая часть осадков впитывается в почву, удерживается в ее капиллярах и используется растительностью в процессе фотосинтеза или испаряется в атмосферу наземной частью растений (транспирация).
Третья часть осадков впитывается почвой, просачивается на глубину, заполняет трещины, поры грунтов и образует подземные воды, которые вымывают растворимые минералы горных пород и выносят их в водные объекты.
Круговорот воды постоянно очищает и пополняет пресноводные системы т. к. с осадками выпадает пресная вода, очищенная при испарении.
Геологический круговоротвеществ обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение веществ между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.
Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют магму – источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на земную поверхность и действия процессов выветривания, вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы. Геологический круговорот происходит не по кругу, а по спирали, т. е. новый цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит изменения :
Энергия
Земли
N2,
SO2,
H2Sи др.