Живое вещество и биогенные круговороты в биосфере

Живое вещество, т. е. вся совокупность живых организмов, в биосфере выполняет важнейшие функции: энергетическую—именно живые организмы обеспечивают фиксацию энергии солнечного излучения и энергии химических связей; концентрационную — живые существа избирательно накапливают в своих организмах различные химические элементы и соединения; деструктивную — специализированные группы организмов осуществляют минерализацию органики и даже разрушение некоторых неорганических соединений; средообразующую — живые существа изменяют физико-химические свойства окружающей среды; транспортную — во время миграций живые организмы перемещают в пространстве значительные количества вещества и энергии.
Создание органического вещества и его распад обеспечивают постоянный и частично замкнутый обмен веществ и энергии между живыми организмами и средой их обитания. Эти перемещения названы биологическим (биотическим) круговоротом, или биогеохимическими циклами (рис. 39). Они хорошо выражены в масштабе всей биосферы, но прослеживаются даже и в биогеоценозах. В ходе этих циклов атомы многих элементов рано или поздно проходят через живые организмы. Так, посчитано, что для кислорода этот цикл
составляет около 2 000 лет.
Биологический круговорот определяет судьбу многих жизненно важных химических элементов. Это в первую очередь относится к кислороду, углероду и азоту, а также к таким элементам, как водород (особенно в составе воды), фосфор, натрий, калий и кальций и др. Благодаря фотосинтезирующим организмам в атмосфере появился свободный кислород. В круговороте часто хорошо проявляется биогенная аккумуляция, т. е. накопление каким-либо организмом того или иного химического элемента или его соединения. Это может приводит к их избирательному накоплению в определенных местах. Без живых организмов невозможно было бы образование почв и запасов органоминерального топлива. По выражению выдающегося русского естествоиспытателя В. И. Вернадского, живое вещество биосферы является огромной геологической силой.
К числу ведущих биотических круговоротов в биосфере принадлежат круговороты основных для живых существ химических элементов.
Круговорот кислорода. Так, основной источник газообразного кислорода в атмосфере — это деятельность фотосинтезирующих организмов. Свободный кислород используется большинством живых существ при дыхании, а в неживом мире — в процессах окисления. Он включается в состав как органических, так и неорганических соединений, в том числе воды. Часть кислорода накапливается при захоронении карбонатов, в том числе биогенных.
Круговорот углерода. Разнообразны пути движения углерода в биосфере. В различных соединениях накоплено огромное количество этого элемента. Но для живых организмов главный его источник — углекислый газ атмосферы (всего 0,032 % по объему) и его раствор в воде (рис. 39).


Рис. 39. Круговороты основных химических элементов и воды в биосфере (по Hutchinson из Грина и др., 1990 с изм.)



Углекислый газ включается живыми существами в разнообразные органические соединения.

Растения захватывают его при фотосинтезе. У большинства живых организмов он выделяется при дыхании. Многочисленные редуценты пререрабатывают (минерализуют) органические вещества до неорганических, в том числе до углекислого газа.
Часть накопленного углерода может сохраняться на протяжении длительного времени. Так, в древесине связанный углерод (всего до 500 x 106 т) может сохраняться десятки, а иногда и сотни лет, а в биогенных известняках, каменных и бурых углях — десятки и сотни миллионов лет. То же можно сказать и о залежах нефти и газа. Большое количество углерода в составе карбонатов растворено в морях и океанах, зафиксировано в донных отложениях и скелетных образованиях.
Для современного круговорота углерода крайне важна деятельность человека. При переработке многих природных ресурсов образуется поступающий в атмосферу углекислый газ. Считается, что увеличение содержания этого газа приводит к так называемому парниковому эффекту, выраженному в первую очередь в увеличении среднегодовых температур.
Круговорот азота. Основной источник азота — это атмосферный воздух, состоящий из него почти на 80% (по объему). Однако большинству эукариот в таком виде этот элемент не доступен. Необходимые для обеспечения жизнедеятельности его связанные формы поступают из нескольких источников (см. рис. 39): 1) образование окислов азота во время грозовых разрядов; 2) фотохимическая фиксация азота; 3) биогенная фиксация азота (около 25 кг/га в год). Последний путь наиболее важен. В основном он связан с деятельностью различных прокариот, фиксирующих азот.
Круговорот воды. Следует сказать и о круговороте такого важнейшего для существования жизни на Земле химического соединения, как вода (см. рис. 39). Пары воды в большом количестве содержатся в атмосфере. Часть осадков (иногда до четверти) перехватывается растениями и либо поглощается, либо перераспределяется в виде капель. Почвы в той или иной степени накапливают влагу. Многие растения используют эту влагу для обеспечения своей жизнедеятельности. Значительная ее часть в итоге испаряется.
Так, в лесных биомах с одного гектара в день испаряется до 50 000 л. Создание орошаемых полей приводит к резкому изменению режима испарения в засушливых районах. При этом требуется все больше и больше воды для полива и в результате испарения происходит подъем засоленных грунтовых вод. Вода растворяет разнообразные химические соединения. Часто это приводит не только к появлению нарушений (например, размывов), но и обеднению одних экосистем и обогащению других. В большинстве случаев сток оказывается в водоемах, сначала главным образом в ручьях и реках, а затем — в морях и океанах, а также в бессточных озерах. Все водоемы выступают как своеобразные аккумуляторы как воды, так и растворенных в ней химических соединений. Однако часть воды испаряется с поверхности водоемов, а вот другие соединения накапливаются в них. 

Еще по теме Живое вещество и биогенные круговороты в биосфере:

1. 2. Живое вещество и его функции в биосфере
2. 3. Стабильность биосферы. Круговорот веществ и элементов
3. Глава 2 УЧАСТИЕ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВВ ЦИКЛАХ ОСНОВНЫХ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВВ БИОСФЕРЕ И ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ
4. КРУГОВОРОТ И БАЛАНС ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ И ГУМУСА ПОЧВЫ
5. Глава вторая УЧАСТИЕ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВВ ПРЕВРАЩЕНИИ ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИВ БИОСФЕРЕ
6. «Живое ископаемое
7. Единство жизни в биосферном круговороте
8. 3. 2. Биотический круговорот
9. КРУГОВОРОТ СЕРЫ
10. КОСВЕННОЕ ВЛИЯНИЕ ЖИВОТНЫХ НА КРУГОВОРОТ ЭЛЕМЕНТОВ В НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ
11. КРУГОВОРОТ СЕРЫ
12. 3. /. Круговорот воды на планете
13. КРУГОВОРОТ АЗОТА
14. КРУГОВОРОТ АЗОТА
15. Глава V УГЛЕРОД В БИОСФЕРЕ И ПОЧВАХ