Вопрос 2. Круговорот веществ в природе

Биосфера - это глобальная экосистема Земли (экосфе­ра), «состав, структура и энергия которой определяются и конт­ролируются планетарной совокупностью живых организмов - биотой». Взаимодействие между биотой и абиотическими компонентами биосферы осуществляется в результате двух основных круговоротов веществ в природе: большого (геологического) и малого (биогеохимического).

Большой круговорот веществ в природе (геологический) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и перераспределяет вещества между биосфе­рой и более глубокими горизонтами Земли. Этот круговорот в системе «магматические породы - осадочные породы - мета­морфические породы (преобразованные температурой и давле­нием) - магматические породы» происходит за счет глубин­ных (эндогенных) и внешних (экзогенных) процессов, проис­ходящих, соответственно в глубинах Земли и на ее поверхнос­ти.

Но большой круговорот - это и круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с по­верхности океана (на это тратится 50% солнечной энергии), частью переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока, а часть осадков выпадает на эту же водную поверхность океана. В круговороте на Земле ежегодно участву­ет более 500 тыс. км³ воды. Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете. С учетом транспирации воды растениями и поглоще­ния ее в биогеохимическом цикле весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за два миллиона лет.

Малый круговорот веществ в биосфере (биогеохимический) совершается лишь в пределах биосферы. Сущность его - в об­разовании живого вещества из неорганического 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 Земле, обеспечивая биогеохимический кру­говорот веществ.

Химические элементы образуют замкнутую систему (цикл), в которой атомы используются многократно. Круговороты 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. Этими циклами и круговоротом в целом обеспечиваются важнейшие функции живого вещества в биосфере. В.И. Вер­надский выделяет пять таких функций:

• первая функция - газовая - основные газы атмосферы Земли, азот и кислород, биогенного происхождения, как и все подземные газы - продукт разложения отмершей органики;

• вторая функция - концентрационная - организмы на­капливают в своих телах многие химические элементы, среди которых на первом месте стоит углерод, среди ме­таллов первый кальций, концентраторами кремния яв­ляются диатомовые водоросли, йода - водоросли - ла­минария, фосфора - скелеты позвоночных животных;

• третья функция - окислительно-восстановительная - организмы, обитающие в водоемах, регулируют кисло­родный режим и создают условия для растворения или же осаждения ряда металлов (V, Mn, Fe) и неметаллов, (S) с переменной валентностью;

• четвертая функция - биохимическая - размножение, рост и перемещение в пространстве («расползание») живого вещества;

• пятая функция - биогеохимическая деятельность чело­века - охватывает все разрастающееся количество веще­ства земной коры, в том числе таких концентраторов yглерода, как уголь, нефть, газ и др.

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.

В биосфере в целом можно вы­делить:

1) круговорот газообразных веществ с резервным фон­дом в атмосфере и гидросфере (океан);

2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре (в геологическом круговоро­те).

Все эти циклические процессы расходуют солнечную энер­гию и лишь единственный на Земле процесс не тратит, а, на­оборот, связывает солнечную энергию и даже накапливает ее, - это создание органического вещества в результате фотосинте­за. В связывании и запасании солнечной энергии заключается основная планетарная функция живого вещества на Земле.