3. Биогеохимические циклы

Круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием энергии Солнца и химических реакций называется биогеохимическими циклом [6, с. 112]. Его часто называют большим биосферным кругом, имея в виду безостановочный планетарный процесс перераспределения вещества, энергии и информации, многократно входящих в непрерывно обновляющиеся экологические системы биосферы.

Биогеохимические круговороты в биосфере подразделяют:

- на круговороты газового типа с резервным фондом веществ в атмосфере или гидросфере (азота, кислорода, диоксида углерода, водяных паров);

- круговороты осадочного типа с менее обширными резервуарами в земной коре (фосфора, кальция, железа).

Осуществление многочисленных круговоротов вещества в биосфере приводит к саморегулированию природных экосистем, что придает им устойчивость, которая выражается в относительном постоянстве содержания различных химических элементов в растениях и животных. Устойчивость всей совокупности природных экосистем выражается в глобальном масштабе в постоянстве главных составляющих биосферы. Интенсивность биогеохимического круговорота выражается в темпах разложения организмов и в относительном постоянстве всей биомассы живого вещества на земном шаре. При осуществлении биогеохимических круговоротов огромное количество органического вещества разлагалось под действиями различных микроорганизмов, а другая, неразложившаяся его часть, захоронялась в осадочных толщах в виде различного рода горючих ископаемых и рассеянного органического вещества.

Согласно мнению видного русского геохимика А.И. Перельмана, положение о круговороте атомов следует считать одним из основных законов геохимии биосферы. Закон этот сводится к следующему: в биосфере атомы участвуют в биогеохимических круговоротах, в ходе которых они поглощаются живым веществом и заряжаются энергией, затем покидают живое вещество, отдавая накопленную энергию во внешнюю среду. В современной биосфере установилась сопряженность циклов отдельных биофильных элементов в единую природную систему динамического равновесия.

В. И. Вернадский выделил в круговороте веществ группу так называемых циклических химических элементов, к которым относятся практически все широко распространенные и многие редкие химические элементы. Например: углерод, кислород, азот, фосфор, сера, кальций, хлор, медь, железо, йод.

В. Р. Вильямс и другие исследователи рассматривали биологические циклы азота, углерода, фосфора и др. элементов в связи с изучением плодородия почв. Из циклических химических элементов особенно важную роль в биогенном цикле играют углерод, кислород, азот, фосфор, сера.

Знание круговорота веществ на Земле имеет большой практический интерес, так как он существенно влияет на жизнь человека и в то же время все значительнее отражается на природных процессах воздействия человека. Последствия этих воздействий стали сравнимы с результатами геологических процессов. Так, в биосфере возникают новые пути миграции веществ и энергии, появляются многие тысячи химических соединений, прежде ей несвойственных. Человеком создаются новые водные бассейны, которые воздействуют на природные процессы через изменение круговорота воды.

В руках человека стали концентрироваться огромные запасы металлов, фосфатов, серы, синтезируются колоссальные количества азотосодержащих веществ для удобрения полей, выбрасываются в окружающую среду с дымовыми газами продукты сгорания топлива оксиды азота, серы и другие вредные вещества, накапливаются огромные энергетические мощности. Все это способствует изменению хода геохимических процессов, и глубокое изучение всех природных превращений веществ на Земле становится необходимым условием рациональных взаимоотношений в системе «человек-природа», суть которых заключается не только в изменении среды обитания человека через изменения природных условий в желаемом для человека направлении, но и в сохранении природы и в нанесении ей в результате хозяйственной деятельности человека минимального ущерба.

Продолжительность того или иного цикла оценивается по тому времени, которое было бы необходимо, чтобы вся масса данного вещества могла обернуться один раз на Земле в том или ином процессе.

На представленном рисунке (рис. 30) определите точные темпы циркуляции веществ в биосфере…

[1] а; [2] б; [3] в.

Рис. 30. Темпы циркуляции веществ