Тема12.Круговорот веществ и основные биогеохимические законы в.И. Вернадского

1. Круговорот веществ в природе 2. Биогеохимическиезаконы В.И. Вернадского

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 веществ между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Большой круговорот – это икруговорот водымежду сушей и океаном через атмосферу. Весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн. лет.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. Круговорот отдельных веществ В. И. Вернадский назвалбиогеохимическими циклами. Суть цикла в следующем: химические элементы, поглощённые организмом, впоследствии его покидают, уходя в абиотическую среду, затем, через какое-то время, снова попадают в живой организм и т.д. Такие элементы называютбиофильными. Наиболее жизненно важными можно считать вещества, из которых в основном состоят белковые молекулы. К ним относятся углерод, азот, кислород, фосфор, сера.Биогеохимические циклы углерода, азота и кислорода наиболее совершенны. Благодаря большим атмосферным резервам, они способны к быстрой саморегуляции. В круговороте углерода, а точнее – наиболее подвижной его формы – углекислый газ, чётко прослеживается трофическая цепь:продуценты, улавливающие углерод из атмосферы при фотосинтезе,консументы– поглощение углерода вместе с телами продуцентов и консументов низших порядков,редуцентов– возвращающих углерод вновь в круговорот. Скорость оборота углекислого газа составляет порядка 300 лет (полная его замена в атмосфере). Скоростькруговорота кислорода– 2 тыс. лет. Биогеохимическийкруговорот азотане менее сложен, чем углерода и кислорода, и охватывает все области биосферы. Поглощение его растениями ограничено, так как они усваивают азот только в форме соединения его с водородом и кислородом. Редуценты постепенно разлагают белковые вещества отмерших организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Часть нитратов попадает в процессе круговорота в подземные воды и загрязняет их, а также азот в виде нитратов и нитритов усваивается растениями и может передаваться по пищевым (трофическим) цепям. Биогеохимические циклы фосфора и серы, важнейших биогенных элементов, значительно менее совершенны, так как находятся в «недоступном» фонде.Круговорот серы и фосфора – типичный осадочный биохимический цикл. Такие циклы легко нарушаются от различного рода воздействий, и часть обмениваемого материала выходит из круговорота. Возвратиться опять в круговорот сера может лишь в результате геологических процессов или путём извлечения живым веществом биофильных компонентов. Сера является одним из наиболее опасных загрязнителей. Сера также имеет основной резервный фонд в отложениях и почве, но в отличие от фосфора имеет резервный фонд и в атмосфере. В обменном фонде главная роль принадлежит микроорганизмам. Одни из них восстановители, другие – окислители. В круговороте фосфора отсутствует газообразная фаза. После неоднократного потребления его организмами на суше и водной среде он, в конечном счете, выводится в донные осадки. Возвращение фосфора с организмами океана не компенсирует его потребности на суше. Общий круговорот фосфора можно разделить на две части – водную и наземную. В водных экосистемах он усваивается фитопланктоном и передаётся по трофической цепи вплоть до консументов третьего порядка – морских птиц. Их экскременты (гуано) снова попадают в море и вступают круговорот, либо накапливаются на берегу и смываются в море. Биосфере, как и составляющим её другим экосистемам, более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают её функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Рассмотрим основные из них:Биосфера – централизованная система.Биосфера – открытая система.Биосфера – саморегулирующая система. Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием.Закон целостности биосферы можно сформулировать так: биогенный ток атомов между компонентами биосферы связывает их в единую материальную систему, в которой изменение даже одного звена влечёт за собой сопряжённое изменение всех остальных.

Литература:1.Коробкин В.И. и др. Экология. – М., 2003. с.164-176.2.Николайкин Н.И. и др. Экология. – М., 2004. с.276-309.3.Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. – М., 1998. с. 105-114.