Круговорот веществ в экосистеме

Все вещества на Земле находятся в биохимическом круговороте – большом (геологическом) и малом (биотическом). В большом круговороте, длящемся миллионы лет, участвуют горные породы, которые выветриваются, сносятся стоками в Мировой океан, образуют напластования и в процессе перемещения морей, океанов, материков могут возвратиться на сушу, где снова подвергаются выветриванию. В малом круговороте, являющемся частью большого, участвуют питательные вещества почвы, вода и углерод. Они используются растениями для построения их тела и жизненных процессов, а затем – на те же задачи животными – консументами. Далее продукты распада всего органического вещества разлагаются почвенной микрофлорой и мезофауной (бактерии, грибы, черви и др.) до минеральных компонентов и снова поступают в растения. Этот круговорот называется биогеохимическим циклом. В большом и малом круговоротах участвуют углерод, кислород, азот, фосфор, вода и другие элементы и соединения. Рассмотрим один из наиболее важных круговоротов – круговорот углерода.

В биотическом круговороте углерода участвуют только органические соединения и диоксид углерода. Фонды углерода в биосфере обширны. Основная его масса аккумулирована в карбонатных отложениях дна океана (1,3·10¹⁶ т), в кристаллических породах (1·10¹⁶ т), каменном угле и нефти (0,34·10¹⁶ т). В атмосфере углекислого газа сравнительно немного (1,3·10¹² т), менее 1/10000 общего запаса углерода. Аккумулированный углерод принимает участие в геологическом круговороте Земли. Влияние этого круговорота на краткосрочное функционирование экосистемы незначительно. Поэтому жизнь на Земле и газовый баланс атмосферы поддерживаются относительно небольшим количеством углерода, участвующего в малом круговороте. Биологический круговорот углерода протекает по схеме (рис.1.6): биоассимиляции углерода из атмосферы, водной или наземной среды растениями ® потребление органических соединений животными®окисление органических веществ до углекислого газа в процессе дыхания и разложения отходов®возврат углекислого газа в атмосферу. Если принять за 100% углерод, ассимилированный растениями в ходе фотосинтеза, то примерно 30% возвращается в фонд атмосферного углекислого газа в результате дыхания растений,

Рис.1.6. Круговорот углерода

а остальные 70 % обеспечивают дыхание и продукцию животных, бактерий и грибов в пастбищных и детритных пищевых цепях. В наземных экосистемах в круговорот вовлекается ежегодно 12% содержащегося в атмосфере углекислого газа. Поэтому углерод сравнительно быстро циркулирует между атмосферой, гидросферой и живыми организмами.

С середины ХХ в. ускорился процесс вмешательства человека в круговорот углерода:

Ø сведение лесов и другой растительности без достаточных лесовосстановительных работ, в связи с чем уменьшается общее количество растительности, способной поглощать СО₂;

Ø сжигание углеродсодержащих ископаемых видов топлива и древесины. Образующийся при этом углекислый газ попадает в атмосферу.

Таким образом, содержание СО₂ в атмосфере растет, что вызывает серьезную озабоченность, так как нарушается сложившееся в природе энергетическое равновесие.