4.2. Круговорот веществ в биосфере

Жизнь на Земле продолжается уже около 4 млрд. лет, осуществляясь как постоянный круговорот веществ, поддерживаемый потоком солнечной энергии. Солнечная энергия обеспечивает на Земле два круговорота веществ:

• геологический или большой, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы, и в его основе лежит процесс переноса минеральных соединений из одного места планеты в другое;

• биологический или малый, который заключается в протекании двух противоположных, но взаимосвязанных процессов создания органического вещества и его разрушения.

Оба круговорота взаимосвязаны, так как малый является частью большого.

Геологический (большой) круговорот  это обмен химических элементов между океаном и сушей в результате разрушения изверженных горных пород, растворения их в воде, физико-химических превращений и образования минералов при испарении воды. Он существовал и до появления жизни на Земле, его поддерживают энергия Солнца и сила земного тяготения. Большой круговорот происходит в течение сотен тысяч или миллионов лет  горные породы разрушаются, выветриваются, продукты выветривания сносятся потоками воды в Мировой океан, образуют напластования, возвращаются на сушу, и процесс начинается вновь.

Этот круговорот характеризуется двумя важными моментами:

• осуществляется на протяжении всего геологического развития Земли;

• представляет собой современный планетарный процесс, принимающий ведущее участие в дальнейшем развитии биосферы.

С появлением биосферы, геологический круговорот, не прекратив своего существования, он поставляет живым организмам элементы питания и во многом определяет условия их существования.

Биологический (малый) круговорот  это циркуляция веществ между растениями, животными, микроорганизмами и почвой. Основа его  фотосинтез, т.е. превращение зелеными растениями лучистой энергии Солнца в энергию химических связей органических веществ.

Малый круговорот развёртывается на фоне большого круговорота. Он происходит внутри экосистем, но не замкнут, что связано с поступлением веществ и энергии в экосистему извне и с выходом части их в биосферный круговорот. По этой причине иногда говорят не о биологическом круговороте, а об обмене веществ и потоке энергии в экосистемах и отдельных организмах. С этой точки зрения биосферу можно рассматривать как геосферу, трансформирующую космическое излучение в другие виды энергии (химическую, тепловую).

В отличие от большого круговорота, малый имеет разную продолжительность: различают сезонные, годовые, многолетние и вековые малые круговороты. Живые организмы создают в биосфере круговорот важнейших биогенных элементов: макробиогенных  С, Н, О, N, Р, К, Са, Mg, S и микробиогенных Fе, Mn, Сu, Zn, В, Na, Mo, CI, V, Со, которые попеременно переходят из живого вещества в неорганическую материю. Именно фотосинтез обусловил появление на Земле кислорода, защитного озонового слоя и условий для биологической эволюции. В результате фотосинтеза ежегодно образуется 145 млрд. т кислорода, более 100 млрд. т органических веществ и усваивается около 200 млрд. т углекислого газа. С появлением жизни на Земле химические элементы беспрерывно циркулируют в биосфере, переходя из внешней среды в организмы и опять  во внешнюю среду, образуя биогеохимические циклы.

В биогеохимических круговоротах выделяют две части:

• резервный фонд – это большая часть медленно движущихся веществ, как правило, абиотическая часть, не связанная с живым веществом;

• обменный фонд – это меньшая часть, но более активная, которая связана прямым обменом между организмами.

Антропогенной нагрузке в большей степени подвержены циклы, имеющие малый активный фонд.

До некоторой степени условно все циклы можно разделить на две группы:

• цикл веществ в газообразном состоянии с резервным фондом в атмосфере и гидросфере (С, Н, О₂, N₂);

• осадочные циклы с резервным фондом в литосфере, стрелка этих циклов направлена вниз (Р, S₂).

Основными биосферными циклами являются круговороты кислорода, углерода, воды, азота, фосфора, серы и остальных биогенных элементов.