Вопрос 4. Круговороты веществ в природе.

Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малый (биогеохимический).

Большой круговорот веществ в природе (геологический) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.

Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют магму источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы. Новый цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит что-то новое, что со временем приводит к весьма значительным изменениям.

Малый круговорот веществ в биосфере (биогеохимический), в отличие от большого, совершается лишь в пределах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения. Этот круговорот для жизни биосферы главный.

В ряде экосистем перенос вещества и энергии осуществляется преимущественно посредством трофических цепей. Такой круговорот обычно называют биологическим. В масштабах всей биосферы такой круговорот невозможен.

Круговорот 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 важнейшиефункции живого веществам биосфере.

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.

Если же рассматривать биосферу в целом, то в ней 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).

Некоторое количество вещества может на время выбывать из биологического круговорота (осаждаться на дне океанов, морей, выпадать в глубины земной коры и т. п.). Однако в результате протекания тектонических и геологических процессов (вулканической деятельности, подъема и опускания земной коры, изменения границ между сушей и водой и др.) осадочные породы вновь включаются в круговорот, называемый геологическим циклом или круговоротом.

Различают следующие виды круговоротов веществ:

1. Кругооборот углерода.

2. Кругооборот фосфора.

3. Круговорот кислорода.

4. Кругооборот азота.

5. Кругооборот воды и другие…

Для примера разберем круговорот углерода. Углерод составная часть скальных пород и в виде СО₂ - часть атмосферного воздуха. Источники СО₂ - вулканы, дыхание, лесные пожары, сжигание топлива, промышленность и др. Атмосфера интенсивно обменивается СО₂ с мировым океаном, где его в 60 раз больше, чем в атмосфере, т.к. СО₂ хорошо растворяется в воде (чем ниже температура, тем выше растворимость, т.е. СО₂ больше в низких широтах). Океан действует как гигантский насос: поглощает СО₂ в холодных областях и частично "выдувает" в тропиках.

Избыточное количество СО₂ в океане соединяется с водой, образуя угольную кислоту. Соединяясь с Са, К, Na, образует стабильные соединения в виде карбонатов, которые оседают на дно.

Фитопланктон в океане в процессе фотосинтеза поглощает СО₂. Умирая, организмы попадают на дно и становятся частью осадочных пород. Это показывает взаимодействие большого и малого кругооборота веществ. Углерод С из молекулы СО₂ в ходе фотосинтеза включается в состав глюкозы, а затем в состав более сложных соединений, из которых построены растения. В дальнейшем они переносятся по пищевым цепям и образуют ткани всех остальных живых организмов в экосистеме и возвращаются в окружающую среду в составе СО₂.

Также углерод присутствует в нефти и угле. Сжигая топливо, человек также завершает цикл углерода, содержащегося в топливе, так возникает биотехнический кругооборот углерода.

Оставшаяся масса углерода находится в карбонатных отложениях дна океана (1,3 10 т), в кристаллических породах (1 10 т), в угле и нефти (3,4 10 т). Этот углерод принимает участие в экологическом кругообороте. Жизнь на Земле и газовый баланс атмосферы поддерживается относительно небольшим количеством углерода (5 10 т).