Круговороты веществ Солнечная энергия на Земле вызывает

Круговороты веществ

Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой, или геологический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы; малый, биологический (биотический), развивающийся на основе большого и состоящий в непрерывном циклическом, но неравномерном во времени и пространстве, и сопровождающийся более или менее значительными потерями закономерного перераспределения вещества, энергии и информации в пределах экологических систем различного уровня организации

Круговорот воды • Самый значительный по переносимым массам и затратам энергии круговорот на Земле – это планетарный гидрологический цикл – круговорот воды. • Каждую секунду в него вовлекается 16, 5 млн. куб. м воды и тратится на это более 40 млрд. МВт солнечной энергии (по Т. А. Акимовой, В. В. Хаскину, 1994).

Круговорот воды

Взаимодействие абиотических факторов и живых организмов экосистемы сопровождается непрерывным круговоротом вещества между биотопом и биоценозом в виде чередующихся то органических, то минеральных соединений. Обмен химических элементов между живыми организмами и неорганической средой, различные стадии которого происходят внутри экосистемы, называют биогеохимическим круговоротом, или биогеохимическим циклом. В биосфере Земли этот процесс приводит к тому, что количество биомассы живого вещества приобретает тенденцию к определенному постоянству. Биомасса экосферы (2 х1012 т) на семь порядков меньше массы земной коры (2 х1019 т). Растения Земли ежегодно продуцируют органическое вещество, равное 1, 6 х1011 т, или 8% биомассы экосферы. Деструкторы, составляющие менее 1% от суммарной биомассы организмов планеты, перерабатывают массу органического вещества, в 10 раз превосходящую их собственную биомассу. В среднем период обновления биомассы равен 12, 5 годам.

Закон биогенной миграции атомов В. И. Вернадского «Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории» .

Пять основных биогеохимических функций живого вещества (По В. И. Вернадскому) 1 – газовая. Большинство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью. Подземные горючие газы являются продуктами разложения органических веществ растительного происхождения, захороненных ранее в осадочных толщах. 2 – концентрационная. Организмы накапливают в своих телах многие химические элементы. 3 – окислительно-восстановительная. Организмы, обитающие в разных водоемах, в процессе своей деятельности и после гибели регулируют кислородный режим и тем самым создают условия, благоприятные для растворения или же осаждения ряда металлов с переменной валентностью (железо, марганец, ванадий). 4 – биохимическая. Она связана с ростом, размножением и перемещением живых организмов в пространстве. Размножение приводит к быстрому распространению живых организмов, «расползанию» живого вещества в разные географические области. 5 – биогеохимическая деятельность человечества, охватывающая все возрастающее количество вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства. Таким образом, все живое население нашей планеты – живое вещество – находится в постоянном круговороте биофильных химических элементов

Известный эколог Ю. Одум полагает, что основной целью общества должно стать «возвращение веществ в круговорот» . Существенным фактором дестабилизации биосферы является изменение круговоротов биогенных элементов. На первом месте по числу исследований нарушений круговоротов стоит углерод. Значительный рост содержания диоксида углерода в атмосфере, который наблюдается в последние десятилетия, влечет за собой изменения круговорота углерода.

Круговорот углерода

Круговорот углерода • Общая масса углерода в ископаемом топливе оценивается в 3, 2 х1015 т, что соответствует средней скорости накопления 7 млн. т/год. Это количество по сравнению с массой циркулирующего углерода незначительное и как бы выпадало из круговорота, терялось в нем. • Отсюда степень разомкнутости (несовершенства) круговорота составляет 0, 01%, а соответственно и степень замкнутости – 99, 99%. Скореллированность потоков синтеза и распада с указанной точностью доказывает наличие биологической регуляции окружающей среды, ибо случайная связь величин с такой точностью в течение миллионов лет невероятна. • В постоянном круговороте находится 0, 2% мобильного запаса углерода. Углерод биомассы обновляется за 12, атмосферы - за 8 лет. Огромный контраст между краткостью данных периодов, постоянством и возрастом биосферы подтверждает высочайшую сбалансированность «мира углерода» .

Круговорот кислорода

Круговорот кислорода На образование озона тратится около 5% поступающей к Земле солнечной энергии. Реакция легко обратима. При распаде озона эта энергия выделяется, за счет чего в верхних слоях атмосферы поддерживается высокая температура. Озон служит своеобразным ультрафиолетовым фильтром: задерживает значительную часть жестких УФ-лучей. Вероятно, образование озонового слоя было одним из условий выхода жизни из океана и заселения суши. Большая часть кислорода, вырабатываемого в течение геологических эпох, не оставалось в атмосфере, а фиксировалась литосферой в виде солей и окислов. Эта масса составляет 590 х1014 т против 39 х1014 т кислорода, который циркулирует в биосфере в виде газа или сульфатов, растворенных в континентальных и океанических водах.

Круговорот азота

Круговорот азота В целом среднее поступление нитратного азота абиотического происхождения при осаждении из атмосферы в почву не превышает 10 кг (год/га), свободные бактерии дают 25, а симбиотические – 200 кг (год/га). Преобладающая часть связанного азота перерабатывается денитрифицирующими бактериями в N 2 и вновь возвращается в атмосферу. Лишь около 10% аммонифицированного и нитрифицированного азота поглощается из почвы высшими растениями и оказывается в распоряжении многоклеточных представителей

Круговорот фосфора

Круговорот фосфора При рассмотрении круговорота фосфора в биосфере за сравнительно короткий период можно отметить, что полностью не замкнут. Механизм возвращения фосфора океанов на сушу в естественных условиях совершенно способен компенсировать потери этого элемента седиментацию (осаждение). он из не на В связи с тем, что запасы фосфора на Земле малы (содержание не превышает 1% в земной коре), то любые воздействия человека на биогеохимический круговорот фосфора несут опасность потери фосфора, что делает его круговорот менее замкнутым. П. Дювиньо (1967) подчеркивал, что «положение однажды окажется весьма угрожающим и … можно согласиться с Уэллсом, Хаксли и Уилсом (1939) в том, что … фосфор – наиболее слабое звено в жизненной цепи, которая обеспечивает существование человека» .

Спасибо за внимание