Экология / 27.Круговороты веществ в биосфере (кислород, азот, фосфор, сера)

27. Круговороты веществ в биосфере (кислород, азот, фосфор, сера).

Большой круговорот измеряется масштабами геологического времени и длится сотни тысяч или миллионы лет. Он заключается в том, что происходит постоянное превращение материковой коры в океаническую и наоборот.

На фоне этого глобального круговорота веществ в биосфере непрерывно происходят малые (биотические) круговороты. Малый круговорот является частью большого круговорота и происходит на уровне экосистем. Он заключается в том, что питательные вещества почвы, вода, углерод и другие элементы аккумулируются в веществе растений и расходуются на поддержание собственных жизненных процессов и жизненных процессов организмов-консументов. Продукты распада органического вещества (опавшие листья, умершие растения и животные) с помощью бактерий, грибов, червей, моллюсков и т. д. вновь разлагаются до минеральных компонентов, которые снова становятся доступными растениям и тем самым вновь вовлекаются ими в поток вещества. Наиболее значимыми для функционирования биосферы являются круговороты основных элементов, входящих в состав живого вещества: углерода, кислорода, азота, фосфора и серы, поскольку они являются компонентами для построения основных молекул живого вещества – углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот.

Кислород – наиболее активный газ. В пределах биосферы происходит быстрый обмен кислорода среды с живыми организмами или их остатками после гибели. В составе земной атмосферы кислород занимает второе место после азота. Круговорот кислорода в биосфере весьма сложен, поскольку он вступает во множество химических соединений минерального и органического миров. Азот. Основная часть атомов азота находится в воздухе, который на 78 % состоит из одноимённого газа (N₂). Однако растения не могут усваивать его непосредственно; для этого азот должен входить в состав ионов аммония (NH⁴⁺) или нитрата (NH^3-). К счастью, некоторые бактерии и ряд сине-зелёных водорослей способны превращать газообразный азот в аммонийную форму в ходе так называемой азотфиксации. Фосфор. Этот элемент входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутрь клеток. У фосфора нет газовой фазы и, следовательно, нет «свободного возврата» в атмосферу. Попадая в водоёмы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Обратного пути, по сути дела, нет. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет. Следовательно, фосфат и другие минеральные биогены почвы циркулируют в экосистеме лишь в том случае, если содержащие их отходы жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах так в основном и происходит. Сера является важным составным элементом живого вещества. Большая часть её в живых организмах находится в виде органических соединений. Сера представляет собой исключительно активный химический элемент биосферы и мигрирует в разных валентных состояниях в зависимости от окислительно-восстановительных условий среды. В изверженных породах сера находится преимущественно в виде сульфидных минералов. Сера в почве находится преимущественно в форме сульфатов; в нефти встречаются её органические соединения. В связи с окислением сульфидных минералов в процессе выветривания сера в виде сульфат-иона переносится природными водами в Мировой океан. Сера поглощается морскими организмами, которые богаче её неорганическими соединениями, чем пресноводные и наземные организмы.