Лекции для студентов

Курс лекций по “Общей экологии”. Часть 4

Биогеохимический круговорот вещества и связанные с ним формы удержания, перераспределения и накопления энергии

Круговорот отдельных веществ В.И.Вернадский назвал биогеохимическими циклами. Суть цикла в следующем: химические элементы, поглощенные организмом, впоследствии его покидают, уходя в абиотическую среду, затем, через какое-то время, снова попадают в живой организм, и т.д. Такие элементы называются биофильными или биогенными. Этими циклами и круговоротом в целом обеспечиваются важнейшие функции живого вещества в биосфере.

Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малый (биогеохимический). Геологический круговорот веществ в природе обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Биогеохимический 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.

Биогеохимический круговорот вещества

Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая порождает фотосинтез. Эта энергия довольно неравномерно распределяется по поверхности земного шара. Кроме того, она теряется путем отражения, поглощается почвой, расходуется на транспирацию воды и т.д.

Биогеохимический круговорот представляет собой обмен макро — и микроэлементов и простых неорганических веществ (СО₂, Н₂О) с веществом атмосферы, гидросферы и литосферы. Круговорот отдельных веществ В. И. Вернадский назвал биогеохимическими циклами. Суть цикла в следующем: химические элементы, поглощенные организмом, впоследствии его покидают, уходя в абиотическую среду, затем, через какое — то время, снова попадают в живой организм, и т.д. Такие элементы называют биофильными.

В биогеохимических круговоротах следует различать две части: 1) резервный фонд — это огромная масса движущихся веществ, не связанных с организмами; 2) обменный фонд — значительно меньший, но весьма активный, обусловленный прямым обменом биогенным веществом между организмами и их непосредственным окружением. Если же рассматривать биосферу в целом, то в ней можно выделить: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере (океан) и 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре (в геологическом круговороте).

Общая характеристика биогеохимического круговорота.

Малый круговорот (в отличие от большого) 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. Изменяясь, рождаясь и умирая, живое вещество поддерживает жизнь на нашей планете, обеспечивая биогеохимический круговорот веществ.

Движущей силой круговорота служит солнечная энергия, которую используют непосредственно фотосинтезирующие организмы и затем передают ее другим представителям биотического компонента. В итоге и создается поток энергии и питательных веществ через экосистему, т.е. биогеохимический круговорот.

При изучении круговорота удобно выделять две части, или два фактора:

1)резервный фонд — большая масса медленно движущихся веществ, в основном небиологический компонент;

2)подвижный, или обменный, фонд, для которого характерен быстрый обмен между органической и неорганической средой.

Для биосферы можно выделить два основных типа биогеохимических круговоротов:

1)круговорот газообразных веществ, с резервным фоном в атмосфере или гидросфере;

2)осадочный цикл с резервным фоном в земной коре.

Такое разделение круговоротов основано на том, что некоторые круговороты, например с участием углерода, кислорода и азота, из-за наличия крупных атмосферных или океанических фондов довольно быстро компенсируют нарушения. В целом, круговороты газообразных веществ в глобальном масштабе можно считать хорошо забуференными, так как их способность к саморегуляции и поддержанию определенных концентраций различных веществ достаточно велика.

Следует отметить, что, хотя атмосфера и имеет большой резервный фонд и высокую способность к саморегуляции, все же они не беспредельны.

Осадочный цикл, в котором принимают участие фосфор, железо, в меньшей степени способен к саморегуляции и поэтому легче нарушается. Это связано с тем, что основная часть химических веществ сосредоточена в относительно малоподвижном и малоактивном резервном фонде земной коры. Если изъятие химических элементов в этих циклах происходит быстрее, чем возврат, какая-то их часть может на длительное время выбывать из круговорота. Механизмы возвращения химических элементов в круговорот основаны главным образом на биологических процессах.