Континенти Океани

Рис. 3.3.- Біогеохімічний цикл вуглецю.

Біохімічний цикл води. Схема біологічного кругообігу води приведена на (рис. 3.4). Основна її кількість (96,5%) зосереджена в океанах. Доля підземних вод дорівнює ~ 30%, грунтових - 0,05%, атмосферної води - 0,04%, води болот - 0,03%, біологічної, що входить у склад живих організмів - 0,003%. Переважна частина води засолена.

Опади Евапотран- Опади Транспірація

спірація

Опади

Евапотранспирація

Стік

инфільтрація Підземний

стік

Континенти Океани

Рис. 3.4.- Біогеохімічний цикл води.

Прісної води на планеті всього 2% від загальної її кількості. Тіла всіх живих організмів досить сильно обводнені: у тварин на долю води припадає 70%, а у рослин - 90-95% від їхньої маси. Загальний кругообіг води ініціюється потоком сонячної радіації.

.Випаровування та трансляція переводять воду з рідкого стану в газоподібний, і вона надходить в атмосферу. Атмосферні опади забезпечують обводнення континентів (хоча частина опадів випадає безпосередньо над водоймами). Кількісні показники кругообігу води визначаються кліматом та й самі визначають клімат

Головним параметром оцінки інтенсивності кругообігу води служить евапотранспірація з її розділенням на випаровування та власну транспірацію. Безпосередньо на формування біомаси залучається всього десь 1% води від загальної її кількості, що є на планеті. На утворення 1 кг біомаси використовується 130-230 кг води, і тому кругообіг є досить активним.

Вода морів та океанів, а також підземні води служать як депо води.

Моря втрачають від віпарювання більше (1200 мм/рік), ніж отримують від опадів (1100 мм/рік). Ця різниця забезпечує обводнення континентів. На суходолі середня річна кількість опадів дорівнює 710 мм, а випаровування - 470 мм. Зворотнє надходження води до океанів та морів йде через поверхневий та підземний стоки. Сільськогосподарське та промислове виробництво, не змінюючи загальної кількості води в її біохімічному циклі, суттєво перерозподіляє надходження води різним регіонам. Виявилося, що меліорацією охоплені величезні території. Відірваність меліоративних проектів від екологічних концепсій призвела в кінцевому результаті до запустелювання, обмілення рік, висихання замкнених водоймів, що розташовані в умовах континентального клімату. Яскравим прикладом є обводнення півдня Середньої Азії за рахунок забору води з Амудар’ї та Сирдар’ї, що завершилося трагедією Аралу. Суттєвий вплив на цикл води чинить промислове виробництво. Більшість його видів пов’язані з використанням великої кількості води, яка поверертається в депо вже сильно забрудненою.

Біогеохімічний цикл азоту. Це один із найбільш швидких кругообігів речовин (рис.3.5.). Реалізується він, в основному, за рахунок діяльності різних груп живих організмів і, в першу чергу, при активній участі мікробів. Основним депо азоту є газоподібний азот атмосфери. Його зв’язування здійснюється вільноіснуючими азотфіксаторами (Azotobacter, Clostridium, Nostoc, Rhizobium). Органічні речовини, які вміщують зв’язаний азот, мінералізуються за рахунок амоніфікації та нітрофікації, що робить доступним для вищих рослин нітратний та амонійний азот. Загальні оцінки фіксації атмосферного азоту суперечливі і в середньому для планети складають від 100-170 мг/ в рік до 1-20 г/ на рік. Це відповідає приблизно 126 млн. тонн азоту в рік.

В антропогенну епоху на кругообіг азоту великий вплив має виробництво синтетичних азотних добрив. Воно полягає у зв’язуванні азота повітря та поетапного його перетворення спочатку в аміак, потім в азотну кислоту, необхідну для отримання нітратів. Цей процес став широкомасштабним та залучив у біогеохімічний цикл азоту з атмосферного депо велику його кількість.

…….

Денетрі-

фікація

Біологічна

Фото- та електрохімічна фіксація азоту

фіксація азоту

Біологічна фіксація азоту

Океани

Стік

Контрненти

Рис.3.5.- Біогеохімічний цикл азоту.

Введення антропогенного азоту в його біогеохімічний цикл дорівнює _{азоту в рік ( Garrels et al., 1973)}

_{З усіх синтетичних мінеральних добрив азотні добрива вимагають найбільш енергетичних витрат при їх виробництві і тому є найдорожчими. Однак в сільскому господарстві не розроблені технології безвідходного засттосування азотних добрив. Нітрати не повністю використовуються культурними рослинами і суттєво забруднюють грунтові води та водойми. Проблеми нітратного забруднення навколишнього середовища в наш час стала однією з найбільш актуальних.}

_{Біогеохімічний цикл фосфору. Цей цикл має найбіьш простий характер (рис.3.6.). Основний запас фосфору зосереджений на планеті у вигляді гірських порід та мінералів. При їх вивітрюванні утворюються фосфати, які використовуються рослинами для побудови органічних речовин свого тіла. Після відмирання рослин фосфор мінералізують мікроорганізми - редуценти. Втрати фосфору з біохімічного циклу пов’язані в основному з винесенням фосфору в моря та океани. Звідти назад на суходіл він може потрапити тільки через рибу або гуано.}

_{Фосфорні добрива виробляють в основному з гірських порід. Таке переведення фосфору з депо в активну частину біохімічного циклу так само, як у випадку з азотом, має негативні наслідки. Не використаний культурними рослинами фосфор у результаті вітрової ерозії надходить до водоймів, що призводять до авторіфікаії. Чудовою особливістю природних екосистем є повторне використання біогенних речовин. Хоча в біогеохімічних циклах деякі з таких елементів і губляться, надходячи в депо, і робляться доступними для рослин, у природних екосистемах масштаб цих процесів незначний.}

_{Біосфера володіє потужною буферною дією щодо багатьох зовнішніх впливів. Це забезпечує загальну стійкість та створює сприятливі стабільні умови існування організмів. У межах біосфери пом’якшується дія вітру, посушливість повітря та грунту, підтримується певне співвідношення між концентрацією кисню та вуглекислого газу в атмосфері, звужується амплітуда коливань температури. .}

Морські

птахи

Мінералізація Океани

Вилужування

та стік

Континенти

Рис.3.6.- _{Біогеохімічний цикл фосфору.}

_{Але всі ці якості біосфери не можуть протистояти нерозумним діям людини і різко падають при антропогенних впливах. Так, посухи порівняно безпечні для природних екосистем, але вони наносять відчутні збитки агроекосистемам. Зберегти грунтово – кліматичні умови великих регіонів планети та забезпечити їх стійкість можна тільки при наявності в цих регіонах досить великих за площами природних біомів}

_{Для стійкості біогеохімічних циклів велике значення мають депо біогенних хімічних речовин в грунті. Грунт – це зовсім особливе за своїми властивостями природне тіло. У біосфері грунт виконує безліч специфічних функцій. Він забеспечує рослини всіма необхідними поживними речовинами, утримує в собі велику кількість вологи, перешкоджає її швидкому стіканню до рік. У сільскому господарстві грунт є компонентом виробництва.}

_{Важливими учасниками біогеохімічних циклів є грунтові мікроорганізми. Грунт одночасно служить депо для багатьох речовин, за рахунок якого гасяться флуктуації, що виникають при переході речовини з однієї ланки біогеохімічного циклу до другої. Особливо важливий щодо цього гумус груту. У ньому продукти розкладу органічних речовин утримуються тривалий час. Антропогенне природокористування вносить у біогеохімічні цикли чимало перешкод. Так, поширеність спалювання палива призводить до надходження до атмосфери близько 20 млрд.тонн вуглекислого газу та 700 млн. тонн інших газів і твердих часток. Вирубка лісів призводить до винесення з екосистеми лісу тисячи тонн азоту, кремнію, фосфору.}

_{Ці процеси, по суті, ведуть до появи нового техногенного типу кругообігу хімічних елементів. Перенесені в урбанізовані райони або в агроекосистеми, ці речовини виявляються або зовсім, або тимчасово виключеними з природного їх кругообігу.}

_{Нормальне функцінування біосфери можливе якщо антропогенна діяльність не перешкоджає здійсненню природних біогеохімічних циклів, руйнація яких може призвести до деградації біосфери.}