Малий і великий кругообіги речовин в біосфері та його обґрунтування.

Розрізняють два види кругообігу речовин та енергії у біосфері:

•   •              геологічний (великий), який відбувається між сушею та океаном;

•   •          біологічний (малий), який відбувається або на суші, або в океані.

Біологічний кругообіг включає як горизонтальну, так і вертикальну міграцію та складається з двох протилежних процесів: синтез органічної речовини з неорганічної за допомогою сонячної енергії; мінералізація органічних решток і виділення енергії.

Біологічний кругообіг – це багаторазова участь хімічних елементів у процесах, які протікають у біосфері. В зв’язку з цим біосферу визначають як область Землі, де протікають три основних процеси: кругообіг вуглецю, азоту, сірки, в яких беруть участь 5 елементів (H, O, C, N, S), що рухаються через атмосферу, гідросферу, літосферу. У природі кругообіг здійснюють не речовини, а хімічні елементи. Ці 5 елементів рухаються і окремо, і в таких сполуках, як вода, нітрати, двооксид вуглецю, двооксид сірки.

Великий кругообіг, триває мільйони років і полягає в тому, що гірські породи підлягають руйнуванню, а продукти вивітрювання (в тому числірозчинні у воді поживні речовини) сносятся потоками води у Світовий океан, де вони утворюють морські напластування і лише частково повертаються на сушу із опадами. Геотектонічні зміни, процеси опускання материків і подняття морського дна, переміщення морів та океанів на протязі тривалого часу призводять до того, що ці напластування повертаються на сушу і процес починається знов.

Малий кругообіг (частина великого) відбувається на рівні екосистеми і полягає в тому, що поживні речовини, вода і вуглець акумулюються в речовині рослин, витрачаються на побудову тіла і на життєві процеси як самих цих рослин, так і інших організмів (як правило тварин), що з’їдають ці рослини (консументи). Продукти розпаду органічної речовини під дією деструкторів та мікроорганізмів (бактерії, гриби, черві) знов розлагаются до мінеральних компонентів, доступних рослинам і що втягуються ними у потоки речовини.

Кругообіг хімічних речовин з неорганічного середовища через рослинні та тваринні організми назад у неорганічне середовище з використанням сонячної енергії та енергії хімічних реакцій називається біогеохімічним циклом. У такі цикли втягнуті практично всі хімічні елементи і насамперед ті, що беруть участь в побудові живої клітини. Так, тіло людини складається з кисня (62.8%), вуглецю (19.37%), водорода (9.31%), азоту (5.14%), кальцію (1.38%), фосфору (0.64%) та ще приблизно з 30 елементів.

Кругообіг кисню. Щорічно лісові масиви виробляють 55 млрд. т кисню. Він використовується живими організмами для дихання і бере участь в окисних реакціях в атмосфері, літосфері, гідросфері. Циркулюючи через біосферу, кисень перетворюється то на органічну речовину, то на воду, то на молекулярний кисень. Весь кисень атмосфери (2,8•1014 – 1,2•1015 т) за кожні 2 тис. років проходить через живу речовину біосфери. За час свого існування людство безповоротно втратило близько 273 млрд. т кисню. У наш час щорічно на спалення вугілля, нафтопродуктів і газу витрачається 13∙109 т кисню. Інтенсивність цього процесу збільшується щороку на 6%. Майже 3 млрд. років рослини збагачували атмосферу киснем. Але при збереженні нинішніх темпів його споживання вже через два століття концентрація кисню можливо знизиться до критичного рівня. Основні поглиначі кисню – промисловість і автомашини. Кожній людині на добу потрібно 80 л. кисню, автомашині ж для згоряння 1 л. бензину – 200 л. А в світі налічується понад 300 млн. автомашин. (Рис 2).

Кругообіг води. На Землі води багато – гідросфера становить 1/4000 її маси. Вода покриває ¾ поверхні Землі. За 1 хвилину під дією сонячного тепла з поверхні водойм Землі випаровується до 1 млрд. т води. Після охолодження пари утворюються хмари, випадає дощ і сніг. Опади частково проникають у ґрунт. Ґрунтові води повертаються на поверхню землі через коріння рослин джерела, наноси, тощо. Швидкість циркуляції води досить велика: вода океанів поновлюється за 2 млн. років, ґрунтова вода – за рік, річкова за 12 діб, пара в атмосфері – за 9 діб. Двигуном кругообігу є енергія Сонця. (Рис. 4).

Щорічно для створення первинної продукції рослини 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 тис. м³. Щорічно він збільшується на 4…5%. Якщо такий приріст збережеться, то до 2100 р. людство вичерпає запаси прісної води на Землі.