Круговорот веществ в биосфере

Круговорот веществ – это многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидро – и литосфере, в том числе в тех слоях, которые входят в состав биосферы Земли.

Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологичес­кий) и малый (биогеохимический).

Большой круговорот веществв природе обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перерасп­ределение веществ между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.

Большой круговорот – это и круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу, в котором участвует более 500 тыс. км³ воды.

Малый круговорот веществ в биосфере совершается лишь в пределах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещест­ва при разложении вновь в неорганические соединения. Этот круговорот для жизни биосферы – главный и он сам является порождением жизни.

В ряде экосистем перенос вещества и энергии осуществляется преиму­щественно посредством трофических цепей. Такой круговорот называют биологическим. В циркулиции различных химических элементов данных циклов важнейшим для жизни являются углерод, кислород, азот, фосфор, сера и водород.

Круговорот углерода состоит в фиксации атмосферного углекислого газа (СО₂) в земных растениях или фотосинтезе, где при участии воды обра­зуются углеводы, высвобождается кислород и выделяется СО₂ при дыхании растений. Углекислый газ возвращается в атмосферу после гибели и разложе­ния растения и животных, при окислении углерода их тканей до углекислого газа. Помимо этого СО₂ выделяется при дыхании редуцентов, а также при сжигании топлива.

Круговорот кислорода в основном происходит между атмосферой и живыми организмами. Из атмосферы он потребляется животными при дыха­нии, а выделяется в атмосферу при фотосинтезе зеленых растений. Кислород в небольших количествах образуется и при диссоциации молекул Н₂О и О₃ в озоносфере под воздействием жесткого ультрафиолетового излучения Солн­ца. Определенная доля кислорода идет на окислительные процессы в земной коре, при вулканической деятельности и т.д.

Круговорот азота в естественных условиях затруднен энертностью этого элемента, хотя в атмосфере его содержание равно 78 %. Он необходим для жизни, т.к. является компонентом белка. Для живых организмов он становится доступным в основном при азотфиксации определенными бактериями, образующимися на корнях бобовых растений.

Круговорот фосфора упрощен тем, что в природе нет его газообразных соединений. Он входит в состав белка и другие органические вещества. Наземные растения и фитопланктон получают фосфор из фосфатов почв, пресной или морской воды и передают его животным. После гибели растений и животных фосфор с помощью редуцентов вновь возвращается в почвы, пресные и морские воды. При этом он аккумулируется в пресноводных и океанических осадочных породах, которые с течением геологического круговорота могут выйти на земную поверхность.

Круговорот серы основан на окислении серы серобактериями до суль­фатов, которые растения получают из почвы и ассимилируют. Животные свои потребности в соединениях серы удовлетворяют только за счет растений. Соединения серы у живых организмов с помощью редуцентов переходят в сульфиды, а последние – в серу.

Круговорот водорода – обусловлен круговоротом воды (гидрологичес­ким циклом), поскольку она служит источником водорода. В гидрологическом цикле вода может находится в газообразном, жидком и твердом состоянии. Различают малый и большой круговорот воды. При малом круговороте вода, испаряясь с поверхности океанов, возвращается в него при осадках. Большой круговорот включает в себя малый, но при этом часть воды переносится на сушу, выпадает там в виде осадков и возвращается в океан речными и грунтовыми стоками.

Вопросы для самоконтроля

1. Из каких оболочек (геосфер) состоит планета земля?

2. Чем отличается биосфера от других оболочек планеты?

3. Какие идеи сформулировал В.И. Вернадский об эволюции биосферы?

4. Каковы границы биосферы?

5. В какой сфере земли достигнута нижняя граница биосферы?

6. Из каких элементов по В.И. Вернадскому состоит биосфера?

7. Что такое ноосфера?

8. Перечислите и охарактеризуйте основные свойства живого вещества.

9. Какие принципы положены в основу классификации живых организмов?

10. Какие основные функции живого вещества различают в масштабах планеты?

11. Чем отличается биосфера от других оболочек планеты?

12. Охарактеризуйте основные круговороты веществ в природе и химические элементы, участвующие в циркуляции?