Биогеохимические циклы

Обмен веществом и энергией, осуществляющийся между разными структурными частями биосферы и обусловленный жизнедеятельностью организмов, называется биогеохимическим циклом.

Все биогеохимические циклы составляют современную динамическую основу существования жизни, они взаимосвязаны, и каждый из них играет свойственную ему роль в эволюции биосферы. Продолжительность циклов круговорота тех или иных веществ различна. Время, достаточное для полного оборота всего углекислого газа атмосферы через фотосинтез, составляет около 300 лет; кислорода атмосферы через фотосинтез — 2000 —2500 лет; азота атмосферы через биологическую фиксацию, окисление электрическими разрядами — примерно 100 млн лет; воды через испарение — около 1 млн лет.

В большом и малом круговоротах участвуют множество химических элементов и их соединений. Но важнейшими из них являются круговороты биогенных элементов — кислорода, углерода, воды, азота, фосфора, серы. Большое значение имеют круговороты токсических элементов — ртути и свинца. Кроме того, из большого круговорота в биологический поступают многие вещества антропогенного происхождения (ДДТ, пестициды, радионуклиды и др.). Миграцию веществ в биохимических циклах можно рассмотреть на примере углерода {рис. 34).

Углерод содержится в основном в атмосфере в виде двуокиси углерода (СО₂). В состав органического вещества он включается в процессе фотосинтеза растений. Затем основная масса его поступает в пищевые цепи и накапливается в телах животных в виде различных углеводородных соединений. Для обеспечения процессов жизнедеятельности значительная часть органических веществ растений и животных разлагается в процессе дыхания с выделением СО₂ в атмосферу. Мертвое органическое вещество разлагается особой группой организмов (в основном микробами и грибами) до исходных минеральных веществ и углекислоты (СО₂), которая также возвращается в атмосферу. Некоторая часть углерода включается в большой, или геологический, круговорот между сушей и океаном. В последнем она также включается в круговорот, начинающийся с фотосинтезирующих организмов фитопланктона. Большая доля органического вещества и содержащегося в нем углерода, по выражению В.И. Вернадского, «ускользает» из круговорота и уходит в геологию (в ископаемое состояние) в виде угля, торфа, нефти и других горючих соединений. Другая часть таким же образом концентрируется в донных карбонатных отложениях океана. Этот углерод, как и углерод горючих ископаемых, в настоящее время в значительной мере высвобождается человеком, использующим эти вещества в качестве энергетических, строительных и других ресурсов.