28.4. Биотический круговорот

На теле конечного объема, каковым является Земля, запасы доступных минеральных элементов не могут быть бесконечными. Если бы они только потреблялись, жизнь рано или поздно прекратила бы свое существование (если бы вобще смогла зародиться). Единственная возможность придать ограниченному количеству свойство бесконечночти - заставить его вращаться по замкнутому циклу. Именно эту возможность реализовала жизнь на Земле (или на этой основе зародилась жизнь на Земле?).

Один из главных парадоксов жизни заключается в том, что ее непрерывность обеспечивается процессами распада. В результате деятельности деструкторов, преимущественно микроорганизмов, любая форма жизни неизбежно будет включаться в биотический круговорот. Поэтому с их помощью осуществляется естественная саморегуляция биосферы. Два свойства позволяют играть микроорганизмам столь важную роль:

- возможность сравнительно быстро приспосабливаться к различным условиям;

- способность использовать в качестве источников углерода и энергии самые различные субстраты. Высшие организмы не обладают такими способностями. Поэтому они могут существовать лишь в качестве своеобразной надстройки на прочном фундаменте одноклеточных.

Согласно В.Р.Вильямсу, солнечная энергия вызывает два круговорота веществ:

- большой (или геологический), наиболее наглядно проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы;

- малый (или биологический), который развивается на основе большого абиотического.

Поверхность Земли получает ежегодно от Солнца около 5 х 1020 Кал лучистой энергии. Примерно половина этой энергии тратится на испарение, приводя в действие большой круговорот. На создание органического вещества расходуется всего 0,1-0,2%. Таким образом, энергия биотического круговорота ничтожно мала по сравнению с количеством энергии, расходуемым на абиотический круговорот. Однако при этом она производит весьма значительную работу.

Любой малый биологический круговорот характеризуется многократными включениями атомов в тела живых организмов и выходом их в непосредственно окружающую среду, откуда они вновь могут быть использованы организмами. Скорость этих включений и время удержания атомов в составе биомассы для каждого конкретного сообщества различны.

О масштабе геохимической работы живого вещества можно судить по следующим фактам: весь кислород атмосферы проходит через живое вещество за 2 тыс.лет, а весь углекислый газ за 300 лет. Все воды океанов, морей и рек разлагаются и восстанавливаются в биотическом круговороте за 2 млн.лет. Следовательно, за время эволюции жизни не только углекислый газ и кислород, но вся вода прошла через жиивое вещество планеты не одну тысячу раз!

Скорость биологического круговорота на суше составляет годы и десятки лет, а в водных сообществах - несколько дней или недель.

Биологические круговороты суши и гидросферы объединяются в единую систему посредством водного стока и атмосферных перемещений.

Большой геологический круговорот вовлекает осадочные породы в глубь земной коры, надолго выключая содержащиеся в них элементы из системы биологического круговорота. В ходе геологической истории метаморфизированные осадочные породы вновь оказавшись на поверхности Земли, медленно разрушаются деятельностью живых организмов, воды и воздуха и вновь включаются в биосферный круговорот.

Биосфера выступает как огромное, чрезвычайно сложное биотическое сообщество, работающее на основе тонкой регуляции всех составляющих ее частей и процессов. Стабильность биосферы основывается на высоком разнообразии живых организмов, отдельные группы которых выполняют различные функции в поддержании общего потока вещества и распределении энергии, на теснейшем переплетении и взаимосвязи абиогенных и биогенных процессов, на согласованности циклов отдельных элементов и уравновешивании емкости отдельных резервуаров. Как показывают исследования, по крайней мере последние 600 млн.лет характер основных круговоротов на Земле существенно не менялся. Изменялись лишь скорости этих процессов. По-видимому, не менялся существенно и общий поток атомов, вовлекаемых в живые организмы. Есть основания считать, что масса живого вещества оставалась приблизительно постоянной начиная с карбона, т.е. биосфера с тех пор поддерживает себя в определенном режиме круговоротов. Стабильное состояние биосферы определяется в первую очередь деятельностью самого живого вещества, обеспечивающего определенную скорость фиксации солнечной энергии и биогенной миграции атомов. Таким образом, жизнь на Земле сама стабилизирует условия своего существования, что дает ей возможность развиваться бесконечно долго.

Список литературы

Камшилов М.М. Эволюция биосферы. М.: Наука. 1979. 256 с.

Чернова Н.М., Былова А.М. Экология. М.: Просвещение. 1988. 272 с.

Общая биология

Лекция 30

Развитие биосферы