Тема 9. Кругообіг речовин у біосфері

Утворення живої речовини та її розклад – це дві сторони єдиного процесу, який називається біологічним кругообігом хімічних елементів. Життя – це кругообіг елементів між організмами і середовищем.

Причина кругообігу – обмеженість елементів, з яких будується тіло організмів. Біологічний кругообіг – це багато разова учать хімічний елементів у процесах, які протікають у біосфері. У зв’язку з цим біосферу визначають як частину Землі, де протікають 3 основних процеси:

1) кругообіг вуглецю, азоту, сірки в яких беруть учать 5 елементів (H,O2, С, N, S), що рухаються через атмосферу, гідросферу, літосферу. У природі кругообіг здійснюють не речовини, а хімічні елементи. Ці 5 елементів рухаються і окремо, і в таких сполуках як вода, нітрати, двоокис вуглецю, двоокис сірки.

Кругообіг вуглецю. У біосфері вуглецю понад 12000 млрд. т. Це пояснюється тим, що сполуки вуглецю безперервно виникають, змінюються і розкладаються. Кругообіг вуглецю відбувається фактично між живою речовиною та двоокисом вуглецю. У процесі фотосинтезу здійснюваного рослинами, двоокисом вуглецю вуглекислий газ і вода за допомогою енергії сонячного світла перетворюються на різні органічні сполуки. Щорічно вищі рослини і водорості при фотосинтезі поглинають 200 млрд. т. вуглецю. Якби вуглець не повертався в атмосферу, його запас у ній (700 млрд. т.) швидко вичерпався. Відмерлі рослини і тваринні організми розкладаються грибами і мікроорганізмами на СО2, який теж повертається у атмосферу. Повний цикл обміну атмосферного вуглецю здійснюються за 300 років. Але частина вуглецю вилучається у вигляді торфу, нафти, вугілля, вапняку, мармуру, викопних відкладів і осадових порід.

Кругообіг кисню. Щорічно лісові масиви виробляють 55 млрд. т. кисню. Він використовується живими організмами для дихання і бере участь в окисних реакціях у атмосфері, літосфері й гідросфері. Циркулюючи через біосферу, кисень перетворюється то на органічну речовину, то на воду, то на молекулярний кисень. Весь кисень атмосфери кожні 2 тис. років проходить через живу речовину біосфери. За час свого існування людство безповоротно втратило близько 273 млрд. т. кисню. У наш час щорічно на спалювання вугілля, нафтопродуктів і газу витрачається величезна кількість кисню. Інтенсивність цього процесу збільшується щороку.

Кругообіг азоту, фосфору, сірки. Діяльність людини прискорює кругообіг цих елементів. Головна причина прискорення – використання фосфору в добривах, що призводить до еутрифікациії – надудобрення. При еутрифікації відбувається бурхливе розмноження водоростей – «цвітіння» води. Це призводить до зменшення кількості розчиненого у воді кисню. Продукти обміну водоростей знищують рибу та інші організми. Сформовані екосистеми при цьому руйнуються. Індустрія і двигуни внутрішнього згорання викидають в атмосферу щорічно багато нітратів і сульфатів. Потрапляючи на землю разом із дощами, вони засвоюються рослинами.

Кругообіг води. Вода покриває 75 % поверхні Землі. За 1 хвилину під дією сонячного тепла з поверхні водойм Землі випаровується 1 млрд. т. води. Після охолодження пари утворюються хмари, випадає дощ і сніг. Опади частково проникають у грунт. Грунтові води повертаються на поверхню землі через коріння рослин, джерела, насоси тощо. Діапазон швидкостей циркуляції води дуже великий: вода океанів поновлюється за 2 млн. років, грунтова вода – за 1 рік, річкова – за 12 діб, пара в атмосфері – за 10 діб. Двигуном кругообігу є енергія сонця.

Щорічно для створення первинної продукції біосфери використовують при фотосинтезі 1 % води, що потрапляє у вигляді опадів. Людина тільки для побутових і промислових потреб використовую 20 мм. Опадів – 2.5 % загальної їх кількості за рік. Безповоротним щорічний водозабір тепер становить 5.5 % куб. м. Щорічно він збільшується на 4 – 5 %.

А з іншого боку, живі організми пристосовуються до різного хімічного складу середовища, можуть переносити велику концентрацію тих елементів, які тут звичайно є у великих кількостях. Елементи, які рідко зустрічаються у природі і у малих концентраціях, при нагромадженні стають отруйними для живих істот.