Кругообіг хімічних елементів в біосфері
Кожна тварина або рослина є ланкою в ланцюгах харчування своєї екосистеми, обмінюється речовинами з неживою природою, а отже – включено в кругообіг речовин біосфери. Хімічні елементи у складі різних з’єднань циркулюють між живими організмами, атмосферою і грунтом, гідросферою і літосферою. Розпочавшись в одних екосистемах, кругообіг закінчується в інших. Вся біомаса планети бере участь у кругообігу речовин, це додає біосфері цілісність і стійкість. Живі організми істотно впливають на переміщення і перетворення багатьох сполук. У біологічному кругообігу задіяні насамперед елементи, що входять до складу органічних речовин: С, N, S, Р, О, Н, а також ряд металів (Fe, Ca, Mg та ін.).
Циркуляція з’єднань здійснюється в основному за рахунок енергії Сонця. Зелені рослини, акумулюючи його енергію і споживаючи з грунту мінеральні сполуки, синтезують органічні речовини, що поширюються в біосфері по ланцюгах харчування. Редуценти руйнують органічні сполуки рослинного і тваринного походження до мінеральних речовин, замикаючи біологічний цикл.
У верхніх шарах океану і на поверхні суші переважає утворення органічної речовини, а в грунті і глибинах моря – його мінералізація. Міграція птахів, риб, комах сприяє і переносу речовини. Істотно на кругообіг елементів впливає діяльність людини.
Кругообіг води. Нагріваються сонцем води планети випаровуються. Випадна цілющим дощем волога повертається назад в океан у якості річкових вод або очищених фільтрацією грунтових вод, переносячи величезна кількість неорганічних і органічних сполук. Живі організми активно беруть участь у кругообігу води, що є необхідним компонентом процесів метаболізму. На суші більша частина води випаровується рослинами, зменшуючи водостік і перешкоджаючи ерозії грунту. Тому при вирубці лісів поверхневий стік збільшується відразу в кілька разів і викликає інтенсивний розмив грунтового покриву. Ліс уповільнює танення снігу, і тала вода, поступово стікаючи, добре зволожує поля. Рівень грунтових вод підвищується, а весняні повені рідко бувають руйнівними.
Тропічні ліси пом’якшують жаркий екваторіальний клімат, затримуючи і поступово випаровуючи воду. Випаровування води рослинами називають транспірацією (<лат. Trans через + spiro дихаю). Вирубка тропічних лісів викликає в довколишніх районах посухи. Хижацьке знищення лісів здатне перетворити в пустелі цілі країни, як це і відбувається в сучасній Африці. Кругообіг води, регульований рослинністю, – найважливіша умова підтримки життя на Землі.
Кругообіг вуглецю. У процесі фотосинтезу рослини поглинають вуглець у складі вуглекислого газу. Віднайдені ними органічні речовини містять значну кількість вуглецю (більше 50% вуглецю біосфери укладено в целюлозі рослин), що поширюється в екосистемах по ланцюгах харчування. У процесі дихання організми виділяють вуглекислий газ. Органічні залишки в морі і на суші минерализуются редуцентамі. Один з продуктів мінералізації – вуглекислий газ – повертається в атмосферу, замикаючи цикл.
Протягом 6-8 років живі організми пропускають через себе весь вуглець атмосфери. Щорічно в процес фотосинтезу залучається до 50 млрд т вуглецю. Частина його накопичується в грунті і на дні океанів – в вапняних скелетах водоростей, молюсків і коралових рифів. Істотний запас вуглецю міститься у складі осадових порід. На основі викопних рослин і планктонних організмів сформовані родовища кам’яного вугілля, органогенного вапняку і торфу, природного газу і, як передбачається, нафти. Природне паливо при згоранні поповнює кількість атмосферного вуглецю. Щорічно вміст вуглецю в атмосфері збільшується на 3 млрд т і може порушити стійкість біосфери. Якщо темп приросту збережеться, то інтенсивне танення полярних льодів, викликане парниковим ефектом вуглекислого газу (с. 233), призведе до затоплення великих прибережних територій по всьому світу.
Кругообіг азоту. Азот, як і вуглець, входить до складу органічних сполук (білків, нуклеїнових кислот), тому кругообіг цих елементів тісно пов’язані. Головне джерело азоту – повітря атмосфери; засвоювати азот з атмосфери здатні тільки азотфиксирующие бактерії, наприклад бульбочкові (100-300 кг / га азоту в рік) або ціанобактерії (15-30 кг / га). Фіксований бактеріями азот надходить у грунт і воду у вигляді аміаку та іонів амонію. Нитрифицирующие бактерії перетворять аміак у нітрити та нітрати. Рослини поглинають сполуки азоту з грунту і синтезують органічні речовини, що поширюються по ланцюгах харчування аж до редуцентов, що розкладають білки з виділенням аміаку. Денітрифікуючі бактерії відновлюють азот до вільних молекул N2, що повертаються в атмосферу. Аналогічна циркуляція азоту відбувається між бентосом і планктоном.
Невелика кількість азоту фіксується у вигляді оксидів молніевимі розрядами і потрапляє у грунт з атмосферними опадами, а також надходить від вулканічної діяльності, компенсуючи спад в глибоководні відкладення. Азот надходить у грунт і у вигляді добрив після промислової фіксації з повітря атмосфери.
Кругообіг азоту – більш замкнутий цикл, ніж кругообіг вуглецю. Лише незначна його кількість вимивається річками або йде в атмосферу, покидаючи межі екосистем.
Кругообіг сірки. Сірка входить до складу ряду амінокислот, білків і ліпідів. Сполуки сірки надходять в кругообіг в основному у вигляді сульфідів з продуктів вивітрювання порід суші і морського дна. Ряд мікроорганізмів (наприклад, хемо-синтезують бактерії) здатні переводити сульфіди в доступну для рослин форму – сульфати. Рослини і тварини відмирають, мінералізація їх залишків редуцентамі повертає сполуки сірки в грунт. Так, серобактерии окислюють до сульфатів що утворюється при розкладанні білків сірководень. Сульфати сприяють переводу важкорозчинних сполук фосфору в розчинні. Кількість мінеральних сполук, доступних рослинам, зростає, поліпшуються умови для їх харчування.
Ресурси сірковмісних копалин досить значні, а надлишок цього елемента в атмосфері, що призводить до кислотних дощів, уже турбує вчених. Кількість сірки в атмосфері істотно збільшується при спалюванні природного палива.
Кругообіг фосфору. Цей елемент міститься в фосфоліпі-дах, нуклеїнових кислотах, АТФ. Його круговорот починається вимиванням фосфосодержащие з’єднань з гірських порід і надходженням їх у грунт. Частина фосфору несеться в річки і моря, інша – засвоюється рослинами. Біогенний круговорот фосфору відбувається за загальною схемою: продуценти ^ консументи ^ редуценти.
Значні кількості фосфору вносяться на поля з добривами. Близько 60 тис. Т фосфору щорічно повертається на материк з виловом риби. У білковому раціоні людини риба складає від 20 до 80%, деякі малоцінні сорти риб переробляються на добрива, багаті корисними елементами, в т. Ч. Фосфором.
Щорічно добувається 1-2 млн т. Фосфосодержащие руд. Ресурси фосфосодержащие руд поки великі, але в майбутньому людству, ймовірно, доведеться вирішувати проблему повернення фосфору в біогенний круговорот.
Природні ресурси. Можливість нашого життя, її умови знаходяться в залежності від природних ресурсів. Біологічні і особливо харчові ресурси служать матеріальною основою життя. Мінеральні та енергетичні ресурси, включаючись у виробництво, є основою стабільного рівня життя.
Ресурси прийнято ділити на невичерпні і вичерпні. Енергія Сонця і вітру, атмосферне повітря і вода практично невичерпні. Однак при сучасному неекологічному промисловому виробництві воду і повітря можна лише умовно вважати невичерпними ресурсами. У багатьох районах у зв’язку із забрудненням виник дефіцит чистої води і повітря. Для того щоб ці ресурси залишалися невичерпними, необхідно дбайливе ставлення до природи.
Вичерпні ресурси ділять на невідновлювані та відновлювані. До поновлюваних відносяться втрачені види тварин і рослин, більшість корисних копалин. Поновлюваними ресурсами є деревина, риби та промислові тварини, рослини, а також деякі корисні копалини, наприклад торф.
Інтенсивно споживаючи природні ресурси, людині необхідно зберігати природну рівновагу. Збалансованість ресурсів у кругообігу речовин визначає стійкість біосфери.
(2 votes, average: 2.50 out of 5)