- •1. Определения экологии
- •1.3 Значение экологического образования
- •2. Уровни биологической организации
- •3. Взаимодействие организма и среды
- •3.1 Понятие о среде обитания и экологических факторах
- •3.2 Основные представления об адаптациях организмов
- •3.3 Лимитирующие факторы
- •3. 4 Значение физических и химических факторов среды в жизни организмов
- •3.5 Биогенные вещества как экологические факторы
- •3.6 Ресурсы живых существ как экологические факторы
- •4.Популяции.
- •4.1 Понятия о популяции
- •4.2 Динамика роста численности популяции
- •4.3 Регуляция плотности популяции
- •5. Биотические сообщества
- •5.1 Биоценоз определение
- •5.2 Видовая структура биоценоза
- •5. 3 Пространственная структура биоценоза
- •5.4 Экологическая ниша. Взаимоотношения организмов в биоценозе
- •6. Экологические системы
- •6. 1 Концепция экосистемы
- •6.2 Продуцирование и разложение в природе
- •6.3 Энергия экосистемы
- •6.4 Биологическая продуктивность экосистем
- •6.5 Динамика экосистемы
- •6.6 Круговорот веществ в природе
- •6.4 Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ
- •7. Основные направления эволюции биосферы
- •7.1 Учение в. И. Вернадского о биосфере
- •7.2 Ноосфера как новая стадия эволюции биосферы
- •8. Экология человека
- •8.1 Биосоциальная природа человека и экология
- •8.2 Природные ресурсы Земли как фактор выживания человека
- •9. Антропогенные экосистемы
- •9.1 Человек и экосистемы
- •Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем
- •9.2Сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы)
- •9.3 Индустриально-городские экосистемы
- •10. Антропогенные воздействия на биосферу
- •10.1 Основные виды антропогенных воздействий на биосферу
- •10.2 Антропогенные воздействия на атмосферу
- •10.3 Экологические последствия загрязнения атмосферы
- •10.4 Особые виды воздействия на биосферу
- •11. Экологическая защита и охрана окружающей природной среды.
- •11.1 Основные принципы охраны окружающей природной среды и рационального природопользования
- •11.2 Нормирование качества окружающей природной среды
- •12. Основы экологического права
- •12.1. Источники экологического права
- •12.2. Понятие об экологическом риске
- •12.3. Экологический мониторинг (мониторинг окружающей среды)
- •Система наземного мониторинга окружающей среды
- •12.4. Экологический контроль и общественное экологическое движение
- •12.5. Юридическая ответственность за экологические правонарушения
- •13. Экология и экономика
- •13.1 Эколого-экономический учет природных ресурсов и загрязнителей
- •13. 2 Лицензия, договор и лимиты на природопользование
- •13.3 Новые механизмы финансирования охраны окружающей среды
- •13.4 Понятие о концепции устойчивого развития
- •14. Международное сотрудничество в области экологии
- •14.1. Международные объекты охраны окружающей природной среды
- •14.2.Основные принципы международного экологического сотрудничества
6.6 Круговорот веществ в природе
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 вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.
Осадочные горные породы, образованные за счет магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют магму — источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы (рис.6.6). Символом круговорота веществ является спираль, а не круг. Это означает, что новый цикл круговорота
не повторяет в точности старый, а вносит что-то новое, что со временем приводит к весьма значительным изменениям.
Большой круговорот — это и круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с поверхности Мирового океана (на что затрачивается почти половина поступающей к поверхности Земли солнечной энергии), переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока. Круговорот воды происходит и по более простой схеме: испарение влаги с поверхности океана — конденсация водяного пара — выпадение осадков на эту же водную поверхность океана.
Подсчитано, что в круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км3 воды.
Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете. С учетом транспирации воды растениями и поглощения ее в биогеохимическом цикле, 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
Рис. 6.6. Большой круговорот веществ
неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения.
Этот круговорот для жизни биосферы — главный, и он сам является порождением жизни. Изменяясь, рождаясь и умирая, живое вещество поддерживает жизнь на нашей планете, обеспечивая биогеохимический круговорот веществ.
Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая порождает фотосинтез. Эта энергия довольно неравномерно распределяется по поверхности земного шара. Кроме того, она теряется путем отражения, поглощается почвой, расходуется на транспирацию воды и т. д., как отмечали, на фотосинтез тратится не более 5% от всей энергии, но чаще всего 2—3%.
В ряде экосистем перенос вещества и энергии осуществляется преимущественно посредством трофических цепей. Такой круговорот обычно называют биологическим. Он предполагает замкнутый цикл веществ, многократно используемый трофической цепью.
В масштабах всей биосферы такой круговорот невозможен. Здесь действует биогеохимический круговорот, представляющий собой обмен макро- и микроэлементов и простых неорганических веществ с веществом атмосферы, гидросферы и литосферы. Круговорот отдельных веществ В. И. Вернадский назвал биогеохимическими циклами. Суть цикла в следующем: химические элементы, поглощенные организмом, уходя в абиотическую среду, затем, через какое-то время, снова попадают в живой организм и т. д. Такие элементы называют биофилъными. Этими циклами и круговоротом в целом обеспечиваются важнейшие функции живого вещества в биосфере. В. И. Вернадский выделяет пять таких функций:
- первая функция — газовая — основные газы атмосферы Земли, азот и кислород, биогенного происхождения, как и все подземные газы — продукт разложения отмершей органики;
- вторая функция — концентрационная — организмы накапливают в своих телах многие химические элементы.
- третья функция — окислительно-восстановительная — организмы, обитающие в водоемах, регулируют кислородный режим и создают условия для растворения или же осаждения ряда металлов (V, Мn, Fе) и неметаллов (S) с переменной валентностью;
Рис. 6.7. Поступление и распределение солнечной энергии в пределах биосферы Земли
- четвертая функция — биохимическая — размножение, рост и перемещение в пространстве живого вещества;
- пятая функция - биогеохимическая деятельность человека — охватывает все разрастающееся количество веществ земной коры, в том числе таких концентраторов углерода, как уголь, нефть, газ и др., для хозяйственных и бытовых нужд человека.
В биогеохимических круговоротах следует различать две части, или как бы два среза: 1) резервный фонд - это огромная масса движущихся веществ, не связанных с организмами; 2) обменный фонд - значительно меньший, но весьма активный, обусловленный прямым обменом биогенным веществом между организмами и их непосредственным окружением. Если же рассматривать биосферу в целом, то в ней можно выделить: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере (океан) и 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре (в геологическом круговороте).
B связи с этим, следует отметить, лишь единственный на Земле процесс, который не тратит, а, наоборот, связывает солнечную энергию и накапливает ее — это создание органического вещества в результате фотосинтеза. В связывании и запасании солнечной энергии и заключается основная планетарная функция живого вещества на Земле.