2015-10-16
1939
Життя - це кругообіг елементів між організмами і середовищем. Біологічний кругообіг – це багаторазова участь хімічних елементів у процесах, які протікають у біосфері. У зв'язку з цим її визнають як частину Землі, де протікають три основні процеси: кругообіг вуглецю, азоту, сірки, в яких беруть участь п'ять хімічних елементів (Н, О2, С, N, S), що мігрують в атмосфері, гідросфері, літосфері. У природі кругообіг здійснюють не лише хімічні елементи, а й їхні сполуки, зокрема: вода, нітрати, двоокис карбону, двоокис сульфуру.
Кругообіг вуглецю, якого у біосфері міститься понад 12000 млрд т відбувається фактично між живою речовиною та СО2. Його сполуки безперервно виникають, змінюються і розкладаються. Рослина, використовуючи вуглець у процесі фотосинтезу трансформує його в органічну форму, яка є однією зі складових рослини. Травоїдні споживають рослини й формують атом вуглецю; далі тварину поїдає хижак, переносячи його до свого тіла, де входить до складу тканин доти, поки вона не загине, а пізніше в процесі розкладу мікроорганізмами СО2 виділяється в атмосферу (рис. 6.1.).
|
|
|
Промислова діяльність порушує рівновагу циклу Карбону, оскільки спалювання нафтопродуктів призводить до значних викидів СО2 в атмосферу. Повний цикл обміну атмосферного вуглецю здійснюється за 300 років.
Рис. 6.1. Кругообіг вуглецю.
Кругообіг кисню. Природний цикл цього елемента протилежний циклові вуглецю. У результаті фотосинтезу в середовище вивільняється кисень. Дихаючи, тварини сполучають кисень і вуглець і виділяють вироблений ними карбон діоксид. Він використовується живими організмами для дихання і бере участь в окисних реакціях в атмосфері, літосфері й гідросфері. Циркулюючи через біосферу, оксиген перетворюється то на органічну речовину, то на воду, то на молекулярний кисень. Весь кисень атмосфери кожні 2 тис. років проходить через живу речовину біосфери. Нині щорічно на спалювання вугілля, нафтопродуктів і газу витрачається величезна кількість кисню. Інтенсивність цього процесу збільшується щороку.
Кругообіг азоту, фосфору, сірки.
До складу земної атмосфери входить велика кількість азоту, що має формулу N2 (78 %). Але азотом, який перебуває в цій формі, не можуть скористатися ані рослини, ані тварини; він придатний лише для деяких бактерій і морських водоростей, що перетворюють його на амоніак (NH3). Останнім рослини теж не можуть послуговуватися, і тоді бактерії іншої групи перетворюють його на нітрати (N03) — єдину форму азоту, яку можуть споживати рослини для свого розвитку. Вони інкорпорують його у свої тканини, й у цьому вигляді азот може перейти до тіла травоїдних тварин, які живляться рослинами, а потім — до хижаків і так далі. Продукти розпаду тваринних або рослинних решток, а також сеча тварин вивільняють сполуки азоту, переводячи їх у довкілля. Певні види бактерій перетворюють ці сполуки на нітрати, аби рослини могли знову використати їх для свого розвитку (рис. 6.2.).
|
|
|
Рис. 6.2. Кругообіг азоту.
Фосфор — це елемент, який у природному середовищі накопичується в мінеральній формі. Він вивільняється, коли слабко окислена вода започатковує низку хімічних реакцій із гірськими породами й утворює певні сполуки. Останні можуть увійти до складу ґрунту (і будуть використані рослинами) або досягти моря, де стануть частиною тіла водоростей, передусім фітопланктону. Опинившись у складі матерії живих організмів, Фосфор переходить з одного рівня на інший завдяки ланцюгам живлення і не вивільняється в середовище доти, доки трупи цих істот не розкладуться. Діяльність людини прискорює кругообіг цього елемента – це використання фосфору в добривах, що призводить до еутрифікації – надудобрення При еутрифікації відбувається бурхливе розмноження водоростей – "цвітіння" води.
Кругообіг сірки ілюструє зв'язок між повітрям, водою і земною корою, так як сірка активно циркулює в кожному з цих резервуарів і між ними.
Основною доступною формою сірки, яка відновлюється автотрофами і включається в амінокислоти і, відповідно, в білки, є сульфат (SO42-). Первинна продукція забезпечує включення сульфату в органічну речовину, а переробка тваринами служить шляхом повернення сульфатів у кругообіг. Обмін сірки між фондом доступного сульфату та фондом сульфідів заліза, що знаходяться глибоко в ґрунті і в опадах відбувається завдяки процесам окислення і відновлення. Екосистемі потрібно небагато сірки. Вона рідко буває фактором, що лімітує ріст рослин і тварин. Тим не менше кругообіг сірки є ключовим у загальному процесі продукції і розкладання біомаси, бо він здатний регулювати інші кругообіги біогенних речовин, зокрема фосфору. Коли в опадах утворюються сульфіди заліза, фосфор з нерозчинної переводиться в розчинну форму і стає доступним для організмів. Цей факт безсумнівно слід враховувати при дослідженні антропогенного впливу на кругообіг сірки.
Кругообіг води. Вода покриває 3/4 поверхні Землі. За одну хвилину під дією сонячного тепла з поверхні водойм Землі випаровується 1 млрд т води. Після охолодження пари утворюються хмари, йде дощ і йде сніг. Опади частково проникають у ґрунт. Ґрунтові води повертаються на поверхню землі через коріння рослин, джерела, насоси тощо. Діапазон швидкостей циркуляції води дуже великий: вода океанів поновлюється за 2 млн років, ґрунтова вода – за рік, річкова – за 12 діб, пара в атмосфері – за 10 діб. Двигуном кругообігує енергія Сонця (рис. 6.3.)
Рис. 6.3. Кругообіг води.
Щорічно для створення первинної продукції біосфери використовують при фотосинтезі 1 % води, що потрапляє у вигляді опадів. Людина тільки для побутових і промислових потреб використовує 20 мм опадів – 2,5 % загальної їх кількості за рік. Безповоротний щорічний водозабір тепер становить 5,5 куб. м. Щорічно він збільшується на 4-5 %.
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.
