Кругообіг речовин і енергії в біосфер

Кругообігом речовин називають постійний обмін речовин між оболонками земної кулі. З по­явою на планеті живих організмів шляхи переміщен­ня речовин, що визначалися дією абіотичних чин­ників, суттєво змінилися. Переміщення окремих хімічних елементів залежить передусім від дії фізич­них чинників, таких як різниця температур і освіт­лення, перепади тиску тощо. Розрізняють малий кругообіг, котрий стабілізує біосферу впродовж часу існування окремих екоси­стем, і великий кругообіг, який здійснюється впро­довж кількох геологічних періодів і при цьому тор­кається глибинних шарів твердої оболонки Землі.

Біогеохімічні цикли - це сукупність циклічних процесів обміну речовин та енергії між окремими компонентами біосфери, зумовлена життєдіяльні­стю організмів.

Впродовж мільйонів років на планеті формува­лися стабільні шляхи переміщення речовини та енергії. В основі їх лежать стабільність положення планети відносно Сонця і тектонічні зміни в земній корі. Вчені вважають, шо від моменту появи життя еволюція живих організмів відбувалася паралельно з еволюцією біосфери, і виділяють такі головні ета­ни її розвитку: 1) початковий, пов'язаний з появою і функціонуванням прокаріотів (3,8-1,9 млрд років тому); 2) становлення евкаріотів, пов'язаний з діяльністю одноклітинних ядерних організмів (1,9- 0,9 млрд років тому); 3) становлення багатоклітин­них евкаріотів (900-600 млн років тому); 4) станов­лення тварин з мінеральним скелетом (600-400 млн років тому); 5) завоювання живими організмами суші і виникнення грунтів (400-1 ЗО млн років тому); 6) поява квіткових рослин та еволюція ссавців (130- 2 млн років тому); 7) сучасний, пов'язаний з появою людини і розвитком людства (від 2 млн років тому).

Кругообіг води. Більша частка води, що прохо­дить через екосистеми, припадає на транспірацію, випаровування і атмосферні опади. На кожен грам первинної продукції наземних угруповань випаро­вується приблизно 500 г води. Якшо брати до ува­ги, що річна первинна продукція наземних місцез­ростань становить приблизно 1,1 х 10¹⁷ т сухої ре­човини, то в ході транспірації наземною рослинні­стю повинно випаруватися близько 55 х10¹⁸ т води. Сумарне випаровування з поверхні Землі становить за рік приблизно 378 х10¹⁸ т. Для того, щоб забезпе­чити таке переміщення на планеті, витрачається п'ята частина сонячної енергії, яка досягає поверхні Землі. Якщо припустити, шо біосфера існує 3-4 млрд років, то виходить, що вся вода Світового океану пройшла повний біологічний цикл не менш як 300 разів.

Кругообіг кисню. Загальна маса кисню в ат­мосфері - 1,1 х 10²¹ т, але у зв'язаному вигляді його значно більше в складі літо- та гідросфери. Вважають, шо близько 4,5 млрд років тому атмосфера Землі мала склад, аналогічний тому, який мають вулканічні викиди. Це, в основно­му, водяна пара, двоокис вуглецю і двоокис азоту. Після затвердіння земної кори дощі поступово ви­мили з атмосфери вуглекислий газ, а кисень з'явив­ся пізніше як результат фотосинтезу зелених рос­лин.

Кругообіг азоту. В атмосфері міститься близь­ко 385 х 10¹⁶ т молекулярного азоту. Він необхідний для синтезу амінокислот, але абсолютна більшість організмів не здатна його асимілювати в такій формі. Складний шлях перетворення азоту в доступну для засвоєння форму проходить у грунті за допомогою мікроорганізмів - азотфіксуючих і нітрифікуючих бактерій. У живих системах міститеся лише 3 % всього доступного азоту Землі, а решта - в детриті.

Кругообіг інших біогенних макро- та мікроеле­ментів спричинює передусім ерозію материнських порід та діяльність редуцентів, під впливом якої спо­луки цих елементів переходять у форму, придатну для всмоктування кореневою системою рослин або мікоризою. Далі вони накопичуються в первинній продукції і зрештою потрапляють в організм люди­ни. Наприклад, нестача в харчових продуктах залі­за спричинює анемію. Нестача марганцю може викликати порушення координації рухів, ускладнен­ня пологів. Найбільше цього елемента накопичуєть­ся в зеленій масі буряків. Мідь входить до складу багатьох ферментів людини і накопичується в печінці, мозку, нирках, серці. Нестача міді спричи­нює порушення розвитку елементів скелету. Моліб­ден також входить до складу деяких ферментів, і його нестача корелює з розвитком кам'яної хворо­би нирок. Цинк відомий як активатор багатьох фер­ментів, надлишок цинку відкладається у волоссі та нігтях. Нестача фтору призводить до порушення розвитку кісток, зокрема зубної емалі. Разом з тим надлишок фтору викликає негативні реакції з боку організму. Такі мікроелементи, як кадмій, ртуть, нікель, свинець та інші, здатні накопичуватися в організмі людини і можуть спричинити важкі розла­ди обміну речовин.

67. Ноосфера. Космопланетарна сутність людини.

Ноосфе́ра — сучасна стадія розвитку біосфери, пов'язана з появою в ній людства. Частина планети і навколопланетного простору зі слідами діяльності людини. Для ноосфери характерна низка таких специфічних ознак.

1. Зростання кількості видобутку корисних копалин з надр літосфери. Зараз їх загальний обсяг в кілька разів перевищує масу матеріалу, яку виносять води всіх рік до океанів.

2. Масове споживання біогенних речовин в енергетичних цілях. У зв'язку з цим в атмосфері поступово збільшується вміст вуглекислого газу. Цьому процесу сприяє також скорочення площ лісів — легенів планети і природних "фабрик" кисню.

3. Відбувається інтенсивна трансформація і розсіювання енергії Землі, а не її акумуляція, що було характерним для біосфери.

4. Створюються в масовій кількості нові речовини, в тому числі шкідливі, стійкі проти розкладу, збагачені металами. Відбувається забруднення біосфери.

5. Для ноосфери характерна поява нових трансуранових хімічних елементів. Людство оволодіває ядерною енергією, яка є практично невичерпною за запасами. Одночасно постійно зростає кількість небезпечних для живих організмів радіоактивних відходів з дуже великими періодами напіврозпаду.

6. Ноосфера виходить за межі біосфери у зв'язку з освоєнням космосу. На порозі третього тисячоліття з'являється принципова можливість створення штучних біосфер на інших планетах та їхніх супутниках.