3.3. Загальні положення про кругообіг речовин у біосфері

Закон біогенної міграції атомів: міграція хімічних елементів в біосфері здійснюється під переважаючим впливом живої речовини. Жива речовина або бере участь у біохімічних процесах безпосередньо, або створює відповідне, збагачене на кисень, вуглекислий газ, водень, азот, фосфор та інші речовини середовище.

Кругообіг речовин — це повторюваний процес взаємопов'язаного перетворення, переміщення речовин у природі, який має циклічний характер і відбувається за обов'язкової участі живих організмів.

Розрізняють малий, біологічний, і великий, геологічний, кругообіги речовин, а також кругообіги біогенних елементів.

Малий, або біологічний (біотичний) кругообіг відбувається в екосистемах.

У кожній екосистемі відбувається кругообіг речовин, як результат взаємодії автотрофів і гетеротрофів у ланцюгу живлення. Різні види організмів споживають речовини, які необхідні їм для задоволення життєвих потреб (підтримання процесів життєдіяльності, росту та відтворення). При цьому вони безперервно виділяють у навколишнє середовище більш або менш складні органічні та мінеральні продукти метаболізму.

Органогени — вуглець, кисень, водень, азот, фосфор, сірка та ще близько 30 елементів, які необхідні для побудови простої клітини, безперервно перетворюються на органічні речовини (ліпіди, цукри і амінокислоти) або споживаються у вигляді неорганічних йонів автотрофними рослинами, а потім мікроорганізмами-деструкторами. Останні розкладають виділення, рослинні рештки та трупи на розчинні мінеральні елементи або газоподібні речовини (NH₃, H₂S, СН₄ та ін.). Утворені неорганічні сполуки повертаються в ґрунт, воду та атмосферу. Таким чином здійснюється безперервна циркуляція біогенних елементів. Вони розчиняються в континентальних поверхневих водах, виносяться в моря та потрапляють в атмосферу. Між ґрунтом, водою та атмосферним повітрям відбувається постійний газообмін. Таким чином здійснюється великий (геологічний) кругообіг між океанами і континентами в межах усієї планети.

Хімічні елементи, які використовуються живою речовиною у великих кількостях і зазвичай становлять не менш як 0,1 % загальної маси організму, називають макроелементами (вуглець, кисень, водень, азот, фосфор, сірка, калій, магній і кальцій). Усі ці елементи, за винятком кисню й водню, називають також біогенними елементами, оскільки жива речовина вибірково й у значній кількості поглинає їх із неживого середовища й концентрує в клітинах. Елементи, необхідні організмам у менших кількостях (до 0,1 %), належать до мікроелементів (мідь, цинк, молібден, бор, йод, кремній та ін.).

Макро- й мікроелементи використовуються живими істотами в складі певних молекул. Елемент, що входить до складу молекули, з якої він може бути засвоєний організмом, називають доступним, або елементом у доступній формі. Часто для різних груп організмів доступні форми одного й того самого елемента різні.

Резервний фонд — це велика маса в основному не пов’язаної з організмами речовини, яка повільно рухається. Обмінний фонд являє собою швидкий обмін речовиною між організмами та їх безпосереднім оточенням.

Розрізняють три основних типи біогеохімічних кругообігів: 1) кругообіг газоподібних речовин з резервним фондом в атмосфері або гідросфері; 2) осадовий цикл з резервним фондом у земній корі та 3) кругообіг води. Резервний фонд в атмосфері й гідросфері більш доступний. Тому біогеохімічні кругообіги, які пов’язані з цим фондом, стійкіші.

Уся жива речовина біосфери оновлюється в середньому впродовж 8 років. Фітомаса суші поновлюється приблизно за 14 років, біомаса Світового океану — за 33 доби, а його фітомаса — щодня.