5. Большой и малый биогенные круговороты

Все вещества на нашей планете находятся в процессе круговорота. Солнечная энергия вызывает на Земле два круговорота веществ, большой, или биосферный (охватывающий всю биосферу), малый, или биологический (внутри экосистемы).

Биосферному круговороту веществ предшествовал геологический, связанный с образованием и разрушением горных пород и последующим перемещением продуктов разрушения - обломочного материала и химических элементов. Значительную роль в этих процессах играли и играют термические свойства поверхности суши и воды: поглощение и отражением солнечных лучей, тепло проводимость и теплоемкость. Вода больше поглощает солнечной энергии, а поверхность суши в одних и тех же широтах больше нагревается. Неустойчивый гидротермический режим поверхности Земли вместе с планетарной системой циркуляции атмосферы обуславливал геологический круговорот веществ, которые на начальном этапе развития Земли, был связан с формированием континентов, океанов и современной геосферы. О геологическом проявлении его говорит и перенесение воздушными массами продуктов выветривания, а водой - растворенных в ней минеральных соединений. Со становлением биосферы большой круговорот включились продукты жизнедеятельности организмов. В результате он приобрел новые черты: стал начальным этапом биосферного перемещения вещества. Именно он поставляет живым организмам элементы питания и во многом определяет условия их существования.

Большой круговорот в биосфере характеризуется двумя важнейшими моментами:

1. Осуществляется на протяжении всего геологического развития Земли.

2. Представляет собой современный планетарный процесс, принимающий ведущее участие в дальнейшем развитии биосферы.

На современно этапе развития человека в результате большого круговорота на большие расстояния перемещаются загрязняющие вещества: оксиды серы и азота, пыль, радиоактивные примеси.

Малый, или биологический, круговорот вещества развертывается на фоне большого, геологического, охватывающего биосферу в целом. Он происходит внутри экосистем, но не замкнут, что связано м поступлением веществ и энергии в экосистему извне и с выходом части их в биосферный круговорот.

Суть биологического круговорота заключается в протекании двух противоположных, но взаимосвязанных процессов - созидания органического вещества и разрушения. Начальный этап возникновения органического вещества обусловлен фотосинтезом зеленных растений, то есть образованием этого вещества из углекислого газа, воды и простых минеральных соединений с использованием лучистой энергии Солнца. Растения извлекают из почвы в растворенном виде серу, фосфор, кальций, калий, магний, алюминий, медь и другие элементы. Растительноядные животные поглощают уже соединения этих элементов в виде пищи растительного происхождения. Хищники питаются растительноядными животными, потребляют пищу более сложного состава, включая белки, жиры, аминокислоты и другие. В процессе разрушения микроорганизмами органического вещества отмерших растений и остатков животных в почву и водную среду поступают простые минеральные соединения, доступные для усвоения растениями и начинается следующий виток биологического круговорота.

В отличии от большого круговорота малый имеет различную продолжительность: различают сезонные, годовые, многолетние и вековые малые круговороты.

Отдельные циклические процессы, слагающие общий круговорот вещества в биосфере, не является полностью обратимыми. Одна часть веществ в повторяющихся процессах превращения и миграции рассеивается или связывается в новых системах, другая возвращается в круговорот, но уже с новыми качественными и количественными признаками. Часть веществ может также извлекаться из круговорота, перемещаясь вследствие физико-геологических процессов в низшие слои литосферы или рассеиваться в космическом пространстве.

Продолжительность циклов круговорота тех или иных веществ различна. Время, достаточное для полного оборота углекислого газа атмосферы через фотосинтез, составляют около 300 лет, кислорода - 2000-2500.

В большом и малом круговоротах участвует множество химических элементов и их соединений, но важнейшими являются те, которые определяют современный этап развития биосферы, связанный с хозяйственной деятельностью человека: круговорот углерода, серы и азота (их оксиды главные загрязнители атмосферы), а также фосфора (фосфаты - загрязнители воды и суши). Большое значение имеют круговороты токсичных элементов - ртути (загрязнитель пищевых продуктов) и свинца (компонент бензина). Кроме того, из большого круговорота в биологический поступают многие вещества антропогенного происхождения (ДДТ, пестициды, радионуклиды и т.д.), которые причиняют вред биоте и здоровью человека.